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JPH02146044A - 電子線レジスト組成物及びそれを用いた微細パターンの形成方法 - Google Patents

電子線レジスト組成物及びそれを用いた微細パターンの形成方法

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Publication number
JPH02146044A
JPH02146044A JP63298335A JP29833588A JPH02146044A JP H02146044 A JPH02146044 A JP H02146044A JP 63298335 A JP63298335 A JP 63298335A JP 29833588 A JP29833588 A JP 29833588A JP H02146044 A JPH02146044 A JP H02146044A
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cresol
electron beam
weight
resist
xylenol
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Masanori Miyabe
宮部 将典
Hidekatsu Obara
秀克 小原
Toshimasa Nakayama
寿昌 中山
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Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
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Priority to DE3939186A priority patent/DE3939186C2/de
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、新規な電子線レジスト組成物に及びそれを用
いた微細パターンの形成方法1こ関するものである。さ
らに詳しくいえば、本発明は、特に画像コントラスト及
び断面形状に優れたレジストパターンを形成しうるとと
もに、有機アルカリ水溶液により現像可能で、スカムの
発生がなく、かつレジスト液の保存安定性にも優れてい
て、例えばトランジスター、lc:、 LSI、超LS
Iなどの半導体デバイスの製造に好適に用いられる電子
線レジスト組成物、及びそれを用いて効率よく微細パタ
ーンを形成する方法に関するものである。
従来の技術 トランジスター、10%LSI、超LSIなどの半導体
デバイスは、通常リソグラフィー法、すなわちシリコン
ウェハーのような基板上に積層した感光性樹脂膜に所要
のパターニング用マスクを介して光線を照射し、現像及
びリンス処理を施すことによって、レジストパターンを
形成したのち、選択的に基板をエツチング又は不純物拡
散処理するという操作を数回ないし数10回繰り返して
基板上に回路を形成する方法によって製造されている。
ところで、半導体工業における近年の加工寸法の微細化
は著しく、半導体メモリーの集積度は16VDRAM、
 64)JDRAIJ、 256MDRAIJ、 l 
GDRAMと発展することが予想され、これに伴い、加
工寸法をより微細化するために、レジスト材料や縮小投
影露光装置などの改良が多く提案されている。
例えば、ノボラック樹脂とナフトキノンジアジド化合物
とからなる改良されたポジ型ホトレジストと縮小投影露
光装置とを組み合わせることによ’)、0.4〜0.5
μ肩幅のレジストパターンが得られるようになってきた
。しかしながら、このような組み合わせによってもそれ
以下の加工寸法を達成することは困難であった。
他方、近年半導体デバイスとして特別仕様のASIC(
Application 5pecific 1.c)
の需要が増加しており、このような特別仕様で少量しか
必要としないASICを作製するためにマスクを用意す
るのは手間と時間がかかり、製品の納期短縮ができず、
経済的でないため、マスクを用いることなく、シリコン
ウェハー上に直接電子線レジスト膜を形成し、レジスト
パターンを直接描画する方法が研究されている。しかし
ながら、この方法においては、プロセス上比較的容易に
0.5μm以下のレジストパターンをシリコンウェハー
上に形成することができるものの、電子線のスポットを
0.5μm以下に絞って直接描画する必要があり、また
、この方法に用いられるレジスト材料には隣接するレジ
ストパターン同士が接合しないようにするため、画像コ
ントラストが良好、すなわち、電子線照射部と非照射部
との現像液に対する溶解度差が大きく、かつ断面形状に
優れていなくてはならないなどの特性が厳しく要求され
る。
一方、ホトレジストの材料としては、例えばアミノ樹脂
とメラミン樹脂と有機ハロゲン化物とから成る印刷用感
応性樹脂組成物が知られている(米国特許第3.697
.274号明細書)。一般に、ホトレジストの材料と電
子線レジストの材料とは共通性は認められず、必ずしも
ホトレジストを電子線レジストに適用しうるとは限らな
い。そのため、従来、電子線レジストとしては、例えば
ポリメチルメタクリレート(特公昭45−30225号
公報)、ポリグリシジルメタクリレート〔「ジャーナル
・オプ・エレクトロケミカル・ソサエティ(J、Ele
ctrochem。
Soc、)J 、第118巻、第669ページ(197
1年)〕、クロロメチル化ポリスチレン(特開昭57−
176034号公報)などが用いられている。
しかしながら、これらの電子線レジストは、有機溶剤に
より現像するため作業環境上問題があり、また現像後の
レジストパターンにスカムが発生しやすく、隣接する微
細パターン同士が接合するなどレジストパターンの精度
劣化を生じ、断面形状及び画像コントラストの良好なレ
ジストパターンが得られにくいという欠点を有している
他方、熱硬化性樹脂とフォト酸発生剤としての210〜
299nmの範囲の化学線を吸収するハロゲン化有機化
合物とから成るエキシマレーザ−1遠紫外線、X線など
を照射源とする水性現像可能なレジスト組成物(特開昭
62−16405号公報)が知られている。
しかしながら、このレジスト組成物は電子線にも感応す
ることが示されているものの、電子線を照射して得られ
るレジストパターンは画像コントラストが悪く、また断
面形状もスソを引きやすく、高解像度が得られない上に
、レジスト溶液の保存安定性も悪く実用的なものではな
い。
発明が解決しようとする課題 本発明は、このような従来の電子線レジスト組成物が有
する欠点を克服し、特に画像コントラスト及び断面形状
に優れたレジストパターンを形成しうるとともに、有機
アルカリ水溶液により現像可能で、スカムの発生がなく
、かつレジスト液の保存安定性も良好であるなど、優れ
た特性を有する微細パターン形成に有用な電子線レジス
ト組成物、及びこのものを用いて効率よく微細パターン
を形成する方法を提供することを目的としてなされたも
のである。
課題を解決するための手段 本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重
ねた結果、特定のトリアジン化合物、特定のクレゾール
ノボラック樹脂及びアルコキシメチル化メラミン樹脂を
含有して成る組成物が、電子線レジスト組成物として、
前記の優れた特性を有すること、及びこの組成物を用い
、特定の処理を施すことにより、容易に微細パターンが
形成されることを見い出し、この知見に基づいて本発明
を完成するに至った。
すなわち、本発明は、(A)−紋穴 (式中のZは であり、R1及びR2は炭素数1〜5のアルキル基、R
3及びR′は、それぞれ水素原子、水酸基又はカルボキ
シル基であって、それらは同一であってもよいし、たが
いに異なっていてもよい) で表されるトリアジン化合物、(B)m−クレゾール3
0重量%以上を含有するクレゾールから得られたタレゾ
ールノボラック樹脂、及び(C)アルコキシメチル化メ
ラミン樹脂を含有して成る電子線レジスト組成物、及び
この電子線レジスト組成物の溶液を基板上に塗布、乾燥
して電子線感応層を設けたのち、これに電子線を選択的
に照射し、さらに90〜140℃の温度で加熱して現像
感度の増感処理を施し、次いで有機アルカリ水溶液で現
像処理することを特徴とする微細パターンの形成方法を
提供するものである。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明組成物において、(A)成分として用いられるト
リアジン化合物は、前記−紋穴(I)で表される構造を
有するものであり、このようなものの代表例としては、
2−(p〜メトキンフェニル)−4,6−ビス(トリク
ロロメチル)−1,3,5−)リアジン、2−(p−エ
トキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)
−1,3,5−トリアジン、2−(p−プロポキシフェ
ニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,
5−1−リアジン、2−(p−ブトキシフェニル)−4
,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリア
ジン、2−(4−メトキシナフチル)−4,6−ビス(
トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(
4−エトキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメ
チル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−7”ロポ
キンナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−
1,3,5−トリアジン、2−(4−ブトキシナフチル
)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−
トリアジンなどが挙げられる。これらのトリアジン化合
物は1種用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用い
てもよい。
なお、クロロメチル基を有するトリアジン化合物を光重
合開始剤として、エチレン性不飽和基を有する単量体と
組み合わせた光重合性組成物は知られているが(特開昭
62−212401号公報)、電子線レジスト組成物に
用いた例はこれまで知られていない。
本発明組成物において、(B)成分として用いられるク
レゾールノボラック樹脂は、m−クレゾール30重量%
以上を含有するタレノーツ呟好ましくはm−クレゾール
30重量%以上を含有し、かつ残りの成分としてp−ク
レゾール、2.5−キシレノール及び3.5−キシレノ
ールの中から選ばれた少なくとも1種を含有して成る混
合クレゾール、さらに好ましくはl−クレゾール55〜
75重量%とp−クレゾール及び3.5−キシレノール
の中から選ばれた少なくとも1種45〜25重量%とを
含有して成る混合クレゾールから得られたものである必
要である。
このようなタレゾールノボラック樹脂を用いることによ
り、耐熱性に優れ、かつ基板から垂直に立ち上がった断
面形状に優れたレジストパターンを形成することができ
る。
前記タレゾールノボラック樹脂は、例えばm−クレゾー
ルと、p−クレゾール、2.5−キシレノール及び3.
5−キシレノールの中から選ばれた少なくとも1mとを
、それぞれ所定の割合で含有する混合クレゾールとホル
ムアルデヒドとを、酸触媒の存在下で縮合反応させるこ
とにより容易に製造することができる。また、電子線の
照射部と非照射部との現像液に対する溶解度差を高め、
画像コントラストを向上させるために、上記したクレゾ
ールノボラック樹脂の重量平均分子量は、2 、000
〜20.000、好ましくは3.000〜15.000
の範囲のものが実用的である。
本発明組成物において、(C)成分として用いられるア
ルコキシメチル化メラミン樹脂は、常法により得られた
メチロール化メラミンのメチロール基をアルコキシメチ
ル基に変換することにより得られたもので、メチロール
基を平均2.5以上、好ましくは3.5以上アルコキシ
メチル基に変換したメラミン樹脂を用いることにより、
極めて保存安定性に優れたレジスト液を得ることができ
る。
このアルコキシメチル化メラミン樹脂の種類については
特に制限はなく、例えばメトキシメチル化メラミン樹脂
、エトキシメチル化メラミン樹脂、プロポキシメチル化
メラミン樹脂、ブトキシメチル化メラミン樹脂などを用
いることができるが、実用上市販されている二カラツク
Mx−750、二カラツクMx−032、二カラツクM
x−706、二カラツクMx−708、二カラツクMx
−40、二カラツクMx31、二カラツクMs−11,
二カラツクMw −22、二カラツクMw−30(以上
、三相ケミカル社製、商品名)などを好ましく使用する
ことができる。これらのアルコキシメチル化メラミン樹
脂は、1種用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用
いてもよい。
本発明組成物における前記各成分の配合割合については
、(B)成分のタレゾールノボラック樹脂と(C)成分
のアルコキンメチル化メラミン樹脂とを、重量比が60
10ないし95;5、好ましくは75 : 25ないし
90:10になるような割合で用いることが望ましい。
(B)成分と(C)成分との割合か前記範囲を逸脱する
と現像処理にスカムが発生したり、得られるレジストパ
ターンの断面形状が悪くなったりして、画像コントラス
トの良好なものが得られにくいし、またレジスト液の保
存安定性も低下するおそれがあり、好ましくない。
また、(A)成分のトリアジン化合物は、前記のタレゾ
ールノボラック樹脂とアルコキンメチル化メラミン樹脂
との合計量に対し、通常2〜10重量%、好ましくは3
〜7重量%の範囲で配合される。この配合量が2重量%
未満では本発明の目的が十分に達せられないし、10重
量%を超えると得られるレジストパターンの画像コント
ラストが悪くなる傾向にあり、好ましくない。
本発明の電子線レジスト組成物は、通常前記各成分を有
機溶剤に溶解して、溶液の形で用いられる。この際用い
る有機溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチル
ケトン、シクロヘキサノン、イソアミルケトンなどのケ
トン類:エチレングリコール、プロピレングリコール、
エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコ
ール又はジエチレングリコールモノアセテートのモノメ
チルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエー
テル又はモノフェニルエーテルなどの多価アルコール類
及びその誘導体;ジオキサンのような環式エーテル類;
及び酢酸メチノ呟酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル
などのエステル類などを挙げることができる。これらは
単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよ
い。
本発明組成物には、本発明の目的をそこなわない範囲で
、所望に応じ相容性のある添加物、例えは付加的樹脂、
可塑剤、安定剤あるいは現像した像をより一層可視的に
するための着色剤やハレーション防止用染料などの慣用
の添加物を加えることができる。
次に、このようにして調製された電子線レジスト組成物
の溶液を用いて、微細パターンを形成する方法について
説明すると、まず、シリコンウェハーのような基板上に
、該電子線レジスト組成物の溶液をスピンナーなとで塗
布し、乾燥して電子線感応層を設けたのち、これに電子
線を選択的に照射し、さらに90〜140°Cの範囲の
温度で加熱して現像感度の増感処理を施し、次いで例え
ば2〜5重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ドやコリンの水溶液なとの有機アルカリ水溶液を用いて
現像処理することにより、電子線の非照射部分が選択的
に溶解除去されて、画像コントラスト及び断面形状に優
れたレジストパターンを得ることができる。
電子線照射後の加熱処理は、現像感度を増感するだめの
地理であって、本発明の目的を達成するためには必要不
可欠である。この処理温度が900C未満では実用的な
感度が得られないし、140°Cを超えると微細パター
ンにおいて隣接レジストパターン同士が接合しやすくな
って、良好な画像コントラストが得られにくくなる。
また、本発明組成物は、電子線レジスト組成物であるが
、電子線のほか、紫外線、遠紫外線、X線などを照射源
として使用することもできる。
発門の効果 本発明の電子線レジスト組成物は、画像コントラスト及
び断面形状に優れたレジストパターンを形成しうるとと
もに、長期間の保存中にも異物の発生や感度の変化を生
じることがなく、保存安定性の高いレジスト液を与える
ことができ、かつ有機アルカリ水溶液により現像できる
ため作業環境上問題がないという顕著な効果を奏する。
したがって、本発明組成物は半導体素子特に超LSIの
製造などに好適に用いられる。
実施例 次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の組成物の評価は次のようにして求めた。
(1)  感度;80%残膜における感度を測定した。
(2)残膜率;現像前の膜厚と現像後の膜厚から求めた
(3)断面形状;レジストパターンの各種断面形状を第
1図に(a)、(b)、 (c)で示した。
(4) スカム発生の有無;現像後のレジストパターン
を電子顕微鏡 により評価して次の 記号で示した。
○ニスカムが確認されなかったもの × ニスカムが確認されたもの (5)保存安定性;レジスト溶液の保存安定性は該溶液
を室温で3か月間 放置したのち、目視により 評価し次の記号で示した。
0;レジスト溶液中に異物の発生がなく、感度変化が認
められなかったもの ×ニレジスト溶液中に異物の発生があり、感度変化が認
められたもの 実施例1 m−クレゾールとp−クレゾールきを重量比で60=4
0の割合で混合し、これにホルマリンを加え、シュウ酸
触媒を用いて常法により縮合して得たタレゾールノボラ
ック樹脂(重量平均分子量6,000)4gとメトキシ
メチル化メラミン樹脂である二カ。
ラックMx−750(三相ケミカル社製)19とを乳酸
エチル15gに溶解したのち、この溶液に、タレゾール
ノボラック樹脂及びメトキシメチル化メラミン樹脂の合
計量に対して2−(p−メトキシフェニル)−4,6−
ビス(トリクロロメチル)−1,3,5トリアジンを3
重量%の割合で加えたもの、次いでこれを孔径0,2μ
mのメンブランフィルタ−を用いて加圧ろ過することに
よりレジスト溶液を得た。
次に得られたレジスト溶液をヘキサメチレンジシラザン
で表面剋理した4インチシリコンウェハー上に4 、0
00rpmで20秒間スピンコードし、ホットプレート
上で80’Oで90秒間乾燥することにより5 、00
0人厚0レジスト層を得た。次いで、得られたレジスト
層に日立製作所社製HH3−2Rを用いて20kVの加
速電圧で電子線を選択的に照射したのち、110°Cで
90秒間加熱処理を行い、次いで2.38重量%テトラ
メチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に2分間浸漬す
ることにより、電子線の非照射部分を溶解除去してレジ
ストパターンを得た。このレジストパターンは照射部分
が90%以上の残膜率を有し、シリコンウェハー面から
垂直に切り立った第1図(a)に示されるような良好な
断面形状を有する0、35μmのレジストパターンが電
子顕微鏡により確認され、画像コントラストが極めて良
好であり、隣接パターン同士の接合やスカムの発生は全
くなく、80%残膜における感度は8μCr/cm2で
あった。次に、これをホットプレート上に200℃で3
0分間載置したところ、シリコンウェハー上のレジスト
パターンの断面形状に変化はなく、耐熱性にも極めて優
れていることが確認された。また、別にレジスト溶液を
3か月間室温に放置したところ、溶液中には析出物は確
認されず、性能の低下も認められず、保存安定性に優れ
ていることも確認できた。
実施例2〜23 タレゾールノボラック樹脂におけるクレゾール成分の組
成、アルコキシメチル化メラミン樹脂の種類、クレゾー
ルノボラック樹脂とアルコキシメチル化メラミン樹脂と
の混合割合、トリアジン化合物の種類及び配合量を第1
表に示すように変えた以外は、実施例1と同様な操作を
行い、それぞれのレジスト組成物の感度、残膜率、パタ
ーンの断面形状、スカム発生の有無及びレジスト溶液の
保存安定性を評価した。その結果を第2表に示す。
比較例1〜4 電子線レジスト組成物として、分子量90,000のポ
リグリシジルメタクリレート(比較例1)、分子量10
0,000のクロロメチル化ポリスチレン(比較例2)
、ノボラック樹脂とビスアジド化合物とから成るネガ型
電子線レジストである日立化成工業社製のRD−200
ON (比較例3)、特開昭62−164045号公報
の実施例1に記載されたレジストをそれぞれ用いて、実
施例1と同様の操作を行い、各組成物の感度、残膜率、
パターンの断面形状、スカム発生の有無及びレジスト溶
液の保存安定性を評価した。その結果を第2表に示す。
これらの結果から、本発明の電子線レジスト組成物は、
スカム発生がなく、パターンの断面形状が極めて良好で
、かつ画像コントラストも極めて優れていることが分か
る。
比較例5 実施例1において電子線を選択的に照射した後に施され
た110″Cで90秒間の加熱処理を行わなかった以外
は全て実施例1と同様の操作により0.35μmのレジ
ストパターンを得たが、その80%残膜における感度は
約100μC/cm2であった。
/ 注 り(B)成分と(C)成分との合計量に対する配合量で
ある。
2)ニカラノクMx75Q :平均アルコキンメチル化
度か3.5のメトキシメチル化メラミン樹脂 3)二カラツクMx032 +平均アルコキシメチル化
度が2.5のメトキンメチル化メラミン樹脂 4)二カランクMw30 :平均アルコキシメチル化度
が5,5のメトキンメチル化メラミン樹脂5)(A)−
1=2−(p−メトキシフェニル)=4.6−ビス(ト
リクロロメチル)−1,35−トリアジン 6)(A)−2:2−(4−メトキンナフチル)−4,
6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジ
ン 7)(A)−3+ 2−(4−ブトキシナフチル)−4
,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリア
ジン
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例及び比較例で得られたレジス
トパターンの断面形状を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1(A)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中のZは ▲数式、化学式、表等があります▼又は▲数式、化学式
    、表等があります▼ であり、R^1及びR^2は炭素数1〜5のアルキル基
    、R^3及びR^4は、それぞれ水素原子、水酸基又は
    カルボキシル基であって、それらは同一であってもよい
    し、たがいに異なっていてもよい) で表されるトリアジン化合物、(B)m−クレゾール3
    0重量%以上を含有するクレゾールから得られたクレゾ
    ールノボラック樹脂、及び(C)アルコキシメチル化メ
    ラミン樹脂を含有して成る電子線レジスト組成物。 2 クレゾールノボラック樹脂が、m−クレゾール30
    重量%以上を含有し、かつ残り成分としてp−クレゾー
    ル、2,5−キシレノール及び3,5−キシレノールの
    中から選ばれた少なくとも1種を含有して成る混合クレ
    ゾールから得られたものである請求項1記載の電子線レ
    ジスト組成物。 3 混合クレゾールがm−クレゾール55〜75重量%
    とp−クレゾール及び3,5−キシレノールの中から選
    ばれた少なくとも1種45〜25重量%とを含有して成
    るものである請求項2記載の電子線レジスト組成物。 4 アルコキシメチル化メラミン樹脂が平均アルコキシ
    メチル化度2.5以上のものである請求項1、2又は3
    記載の電子線レジスト組成物。 5(A)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中のZは ▲数式、化学式、表等があります▼又は▲数式、化学式
    、表等があります▼ であり、R^1及びR^2は炭素数1〜5のアルキル基
    、R^3及びR^4は、それぞれ水素原子、水酸基又は
    カルボキシル基であって、それらは同一であってもよい
    し、たがいに異なっていてもよい) で表されるトリアジン化合物、(B)m−クレゾール3
    0重量%以上を含有するクレゾールから得られたクレゾ
    ールノボラック樹脂、及び(C)アルコキシメチル化メ
    ラミン樹脂を含有して成る電子線レジスト組成物の溶液
    を、基板上に塗布、乾燥して電子線感応層を設けたのた
    ち、これに電子線を選択的に照射し、さらに90〜14
    0℃の温度で加熱して現像感度の増感処理を施し、次い
    で有機アルカリ水溶液で現像処理することを特徴とする
    微細パターンの形成方法。 6 クレゾールノボラック樹脂が、m−クレゾール30
    重量%以上を含有し、かつ残り成分としてp−クレゾー
    ル、2,5−キシレノール及び3,5−キシレノールの
    中から選ばれた少なくとも1種を含有して成る混合クレ
    ゾールから得られたものである請求項5記載の微細パタ
    ーンの形成方法。 7 混合クレゾールがm−クレゾール55〜75重量%
    とp−クレゾール及び3,5−キシレノールの中から選
    ばれた少なくとも1種45〜25重量%とを含有してな
    るものである請求項6記載の微細パターンの形成方法。 8 アルコキシメチル化メラミン樹脂が、平均アルコキ
    シメチル化度2.5以上のものである請求項5、6又は
    7記載の微細パターンの形成方法。
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