JPH03223859A - パターン形成方法 - Google Patents
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- JPH03223859A JPH03223859A JP2019531A JP1953190A JPH03223859A JP H03223859 A JPH03223859 A JP H03223859A JP 2019531 A JP2019531 A JP 2019531A JP 1953190 A JP1953190 A JP 1953190A JP H03223859 A JPH03223859 A JP H03223859A
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Landscapes
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Materials For Photolithography (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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。
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
本発明は半導体素子等を製造する時に用いられるレジス
トパターン形成方法に係り、露光エネルギー源として、
たとえば400nm以下の紫外線エキシマレーザ等を用
いてポジ型のパターンを形成する際のパターン形成方法
に係る。
トパターン形成方法に係り、露光エネルギー源として、
たとえば400nm以下の紫外線エキシマレーザ等を用
いてポジ型のパターンを形成する際のパターン形成方法
に係る。
従来の技術
折紙 半導体デバイスの高密度集積化に伴1.%微細加
工 中でもフォトリソグラフィに用いる露光装置の光源
波長は益々短波長化し 現段階ではi線(365nm)
が実用段階に入り、KrFエキシマレーザ(248,4
nm)が検討されるまでになっている。しかしなが収
レジストパターン形成材株 特にKrFエキシマレーサ
ミ 遠紫外線波長域に適したものは未だ開発されていな
(−例えばKrFエキシマレーザ光 遠紫外線に対し感
光性が高く、透過率も高いと言われるM P 2400
(シブレイ社)を用いた場合でL ベースポリマーで
あるノボラック樹脂自身の大きな表面吸収や感光剤のナ
フトキノンジアジド系化合物の光反応が良くないたべ
パターン形成後のパターン形状は非常に悪く使用できそ
うになt〜 また 遠紫外線用パターン形成材料として、248.4
nm付近の波長の遠紫外光に高い透過率を有するポリマ
ーとして、 2−ジアゾ−1,3−ジオン化合物よりな
るレジストが報告されていも しかるに このレジスト
(よ ベースポリマーが70%の透過率を有するのに対
しパターン形成材料の露光後の透過率は45%にすぎず
、十分な光退色性が得られていない。また パターン形
成実験の結果パターンは約70度のアングルを有するも
ので垂直な形状を有する満足したエツチングマスクとな
るパターン形状は得られていなしも また このパターン形成材料の感度は140から150
m J / c m’程度と低感度であることが明らか
となりへ すなわち、 2−ジアゾ−1,3−ジオン化
合物を使用する高透明性パターン形成材料は感度が低く
、特にエネルギー効率の良くないKrFエキシマレーザ
光を用いる場合、実用化は困難な状態にあ4 折紙 露光エネルギー量を低減させる手段として、たと
えばポリ (ターシャルブトキシカルボネート)スチレ
ンと、オニウム塩より構成される材料が提案され丸 こ
れ(よ 露光により発生した酸を媒体とする化学増幅型
のパターン形成材料であり、たとえば(H,ItoらP
o1yrrL Eng。
工 中でもフォトリソグラフィに用いる露光装置の光源
波長は益々短波長化し 現段階ではi線(365nm)
が実用段階に入り、KrFエキシマレーザ(248,4
nm)が検討されるまでになっている。しかしなが収
レジストパターン形成材株 特にKrFエキシマレーサ
ミ 遠紫外線波長域に適したものは未だ開発されていな
(−例えばKrFエキシマレーザ光 遠紫外線に対し感
光性が高く、透過率も高いと言われるM P 2400
(シブレイ社)を用いた場合でL ベースポリマーで
あるノボラック樹脂自身の大きな表面吸収や感光剤のナ
フトキノンジアジド系化合物の光反応が良くないたべ
パターン形成後のパターン形状は非常に悪く使用できそ
うになt〜 また 遠紫外線用パターン形成材料として、248.4
nm付近の波長の遠紫外光に高い透過率を有するポリマ
ーとして、 2−ジアゾ−1,3−ジオン化合物よりな
るレジストが報告されていも しかるに このレジスト
(よ ベースポリマーが70%の透過率を有するのに対
しパターン形成材料の露光後の透過率は45%にすぎず
、十分な光退色性が得られていない。また パターン形
成実験の結果パターンは約70度のアングルを有するも
ので垂直な形状を有する満足したエツチングマスクとな
るパターン形状は得られていなしも また このパターン形成材料の感度は140から150
m J / c m’程度と低感度であることが明らか
となりへ すなわち、 2−ジアゾ−1,3−ジオン化
合物を使用する高透明性パターン形成材料は感度が低く
、特にエネルギー効率の良くないKrFエキシマレーザ
光を用いる場合、実用化は困難な状態にあ4 折紙 露光エネルギー量を低減させる手段として、たと
えばポリ (ターシャルブトキシカルボネート)スチレ
ンと、オニウム塩より構成される材料が提案され丸 こ
れ(よ 露光により発生した酸を媒体とする化学増幅型
のパターン形成材料であり、たとえば(H,ItoらP
o1yrrL Eng。
S c i、 、23表1012頁(1983) )
等で近年種々の報告があ4 第4図を用いて従来の化学
増感型のパターン形成材料を用いたパターン形成方法を
説明する。半導体等の基板l上にパターン形成材料12
を回転塗付し ホットプレート上で90℃、90秒間ソ
フトベークL 1,0ミクロン厚のパターン形成材料
を得る(第4図(a))。な抵 基板】上には絶縁風
導電風 酸化膜が形成されている場合が多1.% 次
に248.4nmのKrFエキシマレ〜ザ4でマスク5
を介して露光することにより酸発生剤に以下の化学変化
を発生させ酸を発生する(第4図(b))。
等で近年種々の報告があ4 第4図を用いて従来の化学
増感型のパターン形成材料を用いたパターン形成方法を
説明する。半導体等の基板l上にパターン形成材料12
を回転塗付し ホットプレート上で90℃、90秒間ソ
フトベークL 1,0ミクロン厚のパターン形成材料
を得る(第4図(a))。な抵 基板】上には絶縁風
導電風 酸化膜が形成されている場合が多1.% 次
に248.4nmのKrFエキシマレ〜ザ4でマスク5
を介して露光することにより酸発生剤に以下の化学変化
を発生させ酸を発生する(第4図(b))。
そして、ホットプレート3上で前記材料膜を130℃で
90秒間加熱処理(FEB)する事により、樹脂に下記
の化学変化を発生させ、樹脂をアルカリIJ溶性とする
。 (第4図(C))。
90秒間加熱処理(FEB)する事により、樹脂に下記
の化学変化を発生させ、樹脂をアルカリIJ溶性とする
。 (第4図(C))。
そし7でアルカリ現像液(M F−319(シブレイ社
))を用いてパターン形成材料2の露光部を溶解除去し
ポジ型レジストのパターン12aを得る(第4図(d)
)。
))を用いてパターン形成材料2の露光部を溶解除去し
ポジ型レジストのパターン12aを得る(第4図(d)
)。
しかるE 本発明者らの検討によれば このレジスト
パターン12a1よ とくに微細になると形状が極めて
悪くレジストパターンとして不適であることが判明した こうして形成されたレジストパターン12aをエツチン
グマスクとして、フッ素系プラズマによるドライエツチ
ングを行(\ 基板1上部をエツチングし 基板の表面
パターン1aを得る(第4図(e))。
パターン12a1よ とくに微細になると形状が極めて
悪くレジストパターンとして不適であることが判明した こうして形成されたレジストパターン12aをエツチン
グマスクとして、フッ素系プラズマによるドライエツチ
ングを行(\ 基板1上部をエツチングし 基板の表面
パターン1aを得る(第4図(e))。
発明が解決しようとする課題
以上の方法による基板パターンlal;t、、 不十
分なレジストパターン12aをマスクとするた敦 マス
クの設計寸法より0.2〜0.5μm程度小さくなった
ものとなり、かつパターンアングルも70度程度のもの
となっ九 そして、特に微細なレジストパターン12a
′ に対応した基板パターンla’ はほとんど形成が
不可能となる。基板パターンがマスクの設計寸法通りに
形成できない事(表 比較的大きなパターン寸法(数μ
mレベル)では問題とはならない力(1μm以下の微細
パターン、特に0.5μm以下の超微細パターン形成工
程において(戴 この寸法差が重要なファクターとなり
、半導体素子の信頼法 歩留りに大きな影響をあたえも
またパターンアングルの劣化(よ デバイス特性にも大
きな影響をあたえ 結果として設計通りのデバイスを作
成する事は不可能であム この様にパターン形状が悪い
理由(L パターン形成材料に用いられる樹脂の耐熱
性が低いことにあることが判明し島 従来のパターン形
成材料に用いられるポリt−BOCスチレン樹脂はガラ
ス転位温度(Tg)が100℃以下であり、発生した酸
を拡散させるための露光後の加熱プロセスたとえば通常
のFE B (Post Exposure Bake
)プロセス(110℃〜150℃)間に軟化し 結果と
して良好なパターン形状は得られなL1〜 すなわちこ
のパターン形成材料を用いた場合、パターン形状がくず
れるとともにパターン寸法にも変動を生に 結果として
エンチングマスクとなるレジストの性能を大きく左右す
ム すなわちこれを防止することζよ 特く 寸法が1
μm以下、さらに0.5μm以下の超微細なレジストパ
ターンを高精度に形成−し 高歩留りで超微細な半導体
集積回路の製造において極めて重要となも したがって
本発明C友 化学増幅型のパターン形成材料を用いる
とともに耐熱性を向上させる事により、形状が良く、寸
法精度の高い微細パターンを形成する方法を提供するこ
とを目的とすも 課題を解決するための手段 本発明のパターン形成方法!飄 基板上へ 酸雰囲気下
でアルカリ可溶性となる官能基と、耐熱性を有する成分
を有する樹脂 露光により酸を発生する感光性化合塩
前記樹脂及び化合物を溶解可能な溶媒を含むパターン形
成材料膜を形成する工程と、遠紫外線で前記材料膜を選
択的に露光する工程と、前記材料膜を加熱処理する工程
と、前記材料膜を現像して材料膜パターンを形成する工
程とを備えたパターン形成方法を提供するものである。
分なレジストパターン12aをマスクとするた敦 マス
クの設計寸法より0.2〜0.5μm程度小さくなった
ものとなり、かつパターンアングルも70度程度のもの
となっ九 そして、特に微細なレジストパターン12a
′ に対応した基板パターンla’ はほとんど形成が
不可能となる。基板パターンがマスクの設計寸法通りに
形成できない事(表 比較的大きなパターン寸法(数μ
mレベル)では問題とはならない力(1μm以下の微細
パターン、特に0.5μm以下の超微細パターン形成工
程において(戴 この寸法差が重要なファクターとなり
、半導体素子の信頼法 歩留りに大きな影響をあたえも
またパターンアングルの劣化(よ デバイス特性にも大
きな影響をあたえ 結果として設計通りのデバイスを作
成する事は不可能であム この様にパターン形状が悪い
理由(L パターン形成材料に用いられる樹脂の耐熱
性が低いことにあることが判明し島 従来のパターン形
成材料に用いられるポリt−BOCスチレン樹脂はガラ
ス転位温度(Tg)が100℃以下であり、発生した酸
を拡散させるための露光後の加熱プロセスたとえば通常
のFE B (Post Exposure Bake
)プロセス(110℃〜150℃)間に軟化し 結果と
して良好なパターン形状は得られなL1〜 すなわちこ
のパターン形成材料を用いた場合、パターン形状がくず
れるとともにパターン寸法にも変動を生に 結果として
エンチングマスクとなるレジストの性能を大きく左右す
ム すなわちこれを防止することζよ 特く 寸法が1
μm以下、さらに0.5μm以下の超微細なレジストパ
ターンを高精度に形成−し 高歩留りで超微細な半導体
集積回路の製造において極めて重要となも したがって
本発明C友 化学増幅型のパターン形成材料を用いる
とともに耐熱性を向上させる事により、形状が良く、寸
法精度の高い微細パターンを形成する方法を提供するこ
とを目的とすも 課題を解決するための手段 本発明のパターン形成方法!飄 基板上へ 酸雰囲気下
でアルカリ可溶性となる官能基と、耐熱性を有する成分
を有する樹脂 露光により酸を発生する感光性化合塩
前記樹脂及び化合物を溶解可能な溶媒を含むパターン形
成材料膜を形成する工程と、遠紫外線で前記材料膜を選
択的に露光する工程と、前記材料膜を加熱処理する工程
と、前記材料膜を現像して材料膜パターンを形成する工
程とを備えたパターン形成方法を提供するものである。
また 本発明は 耐熱性を有する成分力(イミド、アミ
ド、シアン、フエニ/k ヒドロキシフエニノk ク
ロロフェニ/lz、 シアノのいずれかを含む基であ
る方法を提供する。また 本発明(友 官能基力(メチ
/14 イソプロピル、 tert−ブチノk メト
キシメチノk イソプロポキシメチノk テトラヒドロ
ピラニノk テトラヒドロフラニノk トリメチルシリ
ル、 tert−ブトキシ力ルポニノにイソプロポキシ
カルボニルのいずれかを含む基である方法を提供すム 作用 本発明の方法について説明すると、KrFエキシマレー
ザ光の遠紫外光で露光された感光性化合物は 光反応に
従って酸が発生する。露光工程に続いて加熱処理すると
樹脂の官能基が酸により化学変化を受け、アルカリ可溶
性となり、現像の1現像液に溶出してくる。他方、未露
光部は酸が発生しないム 加熱処理しても化学変化は生
ぜず、アルカリ可溶性基の発現はな(〜 又 本発明に
おいては樹脂自身の耐熱性が高いA 加熱処理時、樹脂
の軟化は認められな(−このように露光部と未露光部で
アルカリ現像液に対して大きな溶解度差が生し 且つ未
露光部の樹脂が加熱処理時、軟化しないのでその結果
本発明の方法によれば良好なコントラストを有したポジ
型のパターンが形成され翫 又 露光で発生した酸は触
媒的に作用するへ 露光は必要な酸を発生させるだけで
よく、露光エネルギー量の低減が可能となった FEB
プロセス(加熱処理)で生じる樹脂の軟化1よ前述した
ごとく実際のパターンと設計寸法との間に誤差とパター
ンアングルの劣化をもたらす。これらは従来の半導体プ
ロセス(1μm以上のルール)では重要なファクターと
はならない力(1μm以下、特に0.5μm以下の超微
細デバイス形成プロセスにおいて(表 デバイス特性
歩留り、信頼性を大きく左右するファクターとなも こ
のよう番へ 樹脂に耐熱性を付加し 設計寸法通りの
良好なパターンアングルを形成できる本発明のパターン
形成方法ζよ 超微細ルールの半導体デバイス作製に極
めて有効なものである。
ド、シアン、フエニ/k ヒドロキシフエニノk ク
ロロフェニ/lz、 シアノのいずれかを含む基であ
る方法を提供する。また 本発明(友 官能基力(メチ
/14 イソプロピル、 tert−ブチノk メト
キシメチノk イソプロポキシメチノk テトラヒドロ
ピラニノk テトラヒドロフラニノk トリメチルシリ
ル、 tert−ブトキシ力ルポニノにイソプロポキシ
カルボニルのいずれかを含む基である方法を提供すム 作用 本発明の方法について説明すると、KrFエキシマレー
ザ光の遠紫外光で露光された感光性化合物は 光反応に
従って酸が発生する。露光工程に続いて加熱処理すると
樹脂の官能基が酸により化学変化を受け、アルカリ可溶
性となり、現像の1現像液に溶出してくる。他方、未露
光部は酸が発生しないム 加熱処理しても化学変化は生
ぜず、アルカリ可溶性基の発現はな(〜 又 本発明に
おいては樹脂自身の耐熱性が高いA 加熱処理時、樹脂
の軟化は認められな(−このように露光部と未露光部で
アルカリ現像液に対して大きな溶解度差が生し 且つ未
露光部の樹脂が加熱処理時、軟化しないのでその結果
本発明の方法によれば良好なコントラストを有したポジ
型のパターンが形成され翫 又 露光で発生した酸は触
媒的に作用するへ 露光は必要な酸を発生させるだけで
よく、露光エネルギー量の低減が可能となった FEB
プロセス(加熱処理)で生じる樹脂の軟化1よ前述した
ごとく実際のパターンと設計寸法との間に誤差とパター
ンアングルの劣化をもたらす。これらは従来の半導体プ
ロセス(1μm以上のルール)では重要なファクターと
はならない力(1μm以下、特に0.5μm以下の超微
細デバイス形成プロセスにおいて(表 デバイス特性
歩留り、信頼性を大きく左右するファクターとなも こ
のよう番へ 樹脂に耐熱性を付加し 設計寸法通りの
良好なパターンアングルを形成できる本発明のパターン
形成方法ζよ 超微細ルールの半導体デバイス作製に極
めて有効なものである。
実施例
本発明者らζよ パターン形状が軟化する理由(表樹脂
の耐熱性の低い事に原因があると考え 耐熱性の高い成
分を、酸雰囲気下でアルカリ可溶性となる官能基ととも
に共重合した樹脂をパターン形成材料として用いる事を
考察しん 樹脂中に高い耐熱性を有する成分を導入する
事により、樹脂のTgを最大200℃以上に調整する事
が可能で、結果としてパターン形成材料を高い耐熱性と
する事が可能である。本発明者らは 耐熱性を向上させ
る成分を種々検討した結果 特に イミドミ アミドミ
シアン、 フェニノk ヒドロキシフェニル、クロロ
フェニル、シアノが耐熱性を著しく向上させる事を発見
しヘ な籾 本発明に用いる耐熱性成分はこれらに限定
されるものではな(′1o また 官能基として(友
メチル、イソプロピ/lz、tertブチル、メトキ
シメチル、イソプロポキンメチル、 テトラヒドロピラ
ニル、 テトラヒドロフラニル、 トリメチルシリル、
tert−ブトキシカルボニル、イソプロポキシカル
ボニル等があげられる力(これらに限定されるものでは
なく酸雰囲気下でアルカリ可溶性を示すものであれば何
でもよ1% また酸発生剤についても同様で、露光に
より酸を発生するものであれば何でもよく、例えばニト
ロベンモル化合轍 オニウム塩 スルフオン酸化合1扱
カルボン酸化合物等があげられる万丈もちろんこれら
に限定されるものではな(〜 溶媒についても同様で、
前記樹脂及び酸発生剤を溶解可能なものであれば何でも
よし−以下に実施例を用いて本発明を更に詳細に説明す
る力(本発明はこれら実施例に何ら制限されるものでは
なl、%実施例1 下記の組成で試薬を調整し パターン形成材料とし九 M w = 10000 (2)p−トルエンスルフォン酸−2,6−シニトロベ
ンジル Ig(3)ジエチ
レングリコールジメチルエーテル(DIGLYME>
70gここで(1)の樹脂
(表 酸雰囲気でアルカリ可溶性を示す官能基としてタ
ーシャルブトキシ基を用しく 耐熱性を向上する成分と
してC=NCシアン)を用いた一例である。ターシャル
ブトキシ基(よ下記に示すごとく酸雰囲気下で加熱する
事によりC−0結合が切断され 結果として水酸基を形
成する。
の耐熱性の低い事に原因があると考え 耐熱性の高い成
分を、酸雰囲気下でアルカリ可溶性となる官能基ととも
に共重合した樹脂をパターン形成材料として用いる事を
考察しん 樹脂中に高い耐熱性を有する成分を導入する
事により、樹脂のTgを最大200℃以上に調整する事
が可能で、結果としてパターン形成材料を高い耐熱性と
する事が可能である。本発明者らは 耐熱性を向上させ
る成分を種々検討した結果 特に イミドミ アミドミ
シアン、 フェニノk ヒドロキシフェニル、クロロ
フェニル、シアノが耐熱性を著しく向上させる事を発見
しヘ な籾 本発明に用いる耐熱性成分はこれらに限定
されるものではな(′1o また 官能基として(友
メチル、イソプロピ/lz、tertブチル、メトキ
シメチル、イソプロポキンメチル、 テトラヒドロピラ
ニル、 テトラヒドロフラニル、 トリメチルシリル、
tert−ブトキシカルボニル、イソプロポキシカル
ボニル等があげられる力(これらに限定されるものでは
なく酸雰囲気下でアルカリ可溶性を示すものであれば何
でもよ1% また酸発生剤についても同様で、露光に
より酸を発生するものであれば何でもよく、例えばニト
ロベンモル化合轍 オニウム塩 スルフオン酸化合1扱
カルボン酸化合物等があげられる万丈もちろんこれら
に限定されるものではな(〜 溶媒についても同様で、
前記樹脂及び酸発生剤を溶解可能なものであれば何でも
よし−以下に実施例を用いて本発明を更に詳細に説明す
る力(本発明はこれら実施例に何ら制限されるものでは
なl、%実施例1 下記の組成で試薬を調整し パターン形成材料とし九 M w = 10000 (2)p−トルエンスルフォン酸−2,6−シニトロベ
ンジル Ig(3)ジエチ
レングリコールジメチルエーテル(DIGLYME>
70gここで(1)の樹脂
(表 酸雰囲気でアルカリ可溶性を示す官能基としてタ
ーシャルブトキシ基を用しく 耐熱性を向上する成分と
してC=NCシアン)を用いた一例である。ターシャル
ブトキシ基(よ下記に示すごとく酸雰囲気下で加熱する
事によりC−0結合が切断され 結果として水酸基を形
成する。
また(2)は酸発生剤として挙げたもので、露光により
以下の反応が発生する。
以下の反応が発生する。
CH3全3令s H
また(3) il 前記両者を溶解可能な溶媒であり
、遠紫外領域に高い透過率を有するAKrFエキシマレ
ーザ用パターン形成材料の溶媒として良好な結果が期待
される。第1図を用いて本発明のノくターン形成方法を
説明する。シリコン等の半導体基板1上に上記の組成で
調製されたパターン形成材料2を用いて回転塗付してレ
ジスト薄膜とし90℃、90秒間ホットプレート3でソ
フトベークし薄膜中の溶媒を蒸発除去し 厚さ1.0μ
mのパターン形成材料薄膜を得る(第1図(a))。な
抵基板1表面は絶縁風 導電風 半導体膜等が形成され
ている場合も多シモ 次に248.4nmのKrFエ
キシマレーザ4をマスク5を介して露光することにより
、酸発生剤(2)を前記のごとく光分解する(第1図(
b))。そして130℃、90秒間ホットプレート3で
ベークし 前述のごとくターシャルブトキシ基をアルカ
リ可溶性反応させる(第1図(C))。そしてアルカリ
現像液(2,38%テトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイト(TMAH)水溶液)で60秒間現像するこ
とによりパターン形成材料2の露光部2bを溶解除去し
ポジ型レジストパターン2aを得た(第1図(d))
。
、遠紫外領域に高い透過率を有するAKrFエキシマレ
ーザ用パターン形成材料の溶媒として良好な結果が期待
される。第1図を用いて本発明のノくターン形成方法を
説明する。シリコン等の半導体基板1上に上記の組成で
調製されたパターン形成材料2を用いて回転塗付してレ
ジスト薄膜とし90℃、90秒間ホットプレート3でソ
フトベークし薄膜中の溶媒を蒸発除去し 厚さ1.0μ
mのパターン形成材料薄膜を得る(第1図(a))。な
抵基板1表面は絶縁風 導電風 半導体膜等が形成され
ている場合も多シモ 次に248.4nmのKrFエ
キシマレーザ4をマスク5を介して露光することにより
、酸発生剤(2)を前記のごとく光分解する(第1図(
b))。そして130℃、90秒間ホットプレート3で
ベークし 前述のごとくターシャルブトキシ基をアルカ
リ可溶性反応させる(第1図(C))。そしてアルカリ
現像液(2,38%テトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイト(TMAH)水溶液)で60秒間現像するこ
とによりパターン形成材料2の露光部2bを溶解除去し
ポジ型レジストパターン2aを得た(第1図(d))
。
そして、最後に フッ素系プラズマによるドライエツチ
ング法を用いて、基板1の表面をポジ型レジストパター
ン2aをマスクとしてエツチングし基板パターンlaを
得た(第1図(e))。な耘パターンlai& 絶縁
風 導体風 半導体膜のパターンであることも多L℃
このようにして、レジストパターン2aを転写した基板
パターンlaを得ることができるとともへ 第1図(d
)、 (e)からも明らかなごとく、レジストパターン
2aは形状のくずれがないた数 基板パターンlaも正
確に形成される。そしてパターン2a、laの中でも0
.5μm以下の超微細パターン2a’、基板パターンl
a’ も歩留りよく確実に形成することが可能となる
。
ング法を用いて、基板1の表面をポジ型レジストパター
ン2aをマスクとしてエツチングし基板パターンlaを
得た(第1図(e))。な耘パターンlai& 絶縁
風 導体風 半導体膜のパターンであることも多L℃
このようにして、レジストパターン2aを転写した基板
パターンlaを得ることができるとともへ 第1図(d
)、 (e)からも明らかなごとく、レジストパターン
2aは形状のくずれがないた数 基板パターンlaも正
確に形成される。そしてパターン2a、laの中でも0
.5μm以下の超微細パターン2a’、基板パターンl
a’ も歩留りよく確実に形成することが可能となる
。
本発明に用いたパターン形成材料(膜厚1μm)の露光
前後の紫外線分光曲線図を第2図に示す。
前後の紫外線分光曲線図を第2図に示す。
露光前後で透過率はほぼ変化せず、約65%と高い値を
示しt、lo パターン形成実験の結果 レジストパ
ターン2a、2a’ として好形状な0゜3μmライン
アンドスペースパターンを形成することが可能であっ九
更にこのパターン形成材料(1μm)の照射特性を第
3図に示す。T値5.5.g度10mJ/cm2と高コ
ントラスト、高感度であった ここて、 本発明の一実施例のパターン形成材料と従来の材料を用
いた方法の比較を下表に示も(以下余白) 本発明のパターン形成方法は 樹脂の耐熱性を向上させ
る事により、従来のパターン形成方法と比較し パター
ンの耐熱性も向上した 同時に熱による軟化がないた敢
パターンアングル90度の0.3μmラインアンドス
ペースのレジストパターン形状 マスクの設計通りに形
成する事ができたこれに対して従来例で(友 樹脂の低
い耐熱性のゆえ パターンアングルは70度となり、マ
スク寸法と比較し0.2〜0.3μm異なる値となった
そのため解像性も向上せず、 0.4μmラインアン
ドスペースが解像されたにすぎなかつ島 また従来フッ
素系プラズマエッチにより形成された基板パター26表
マスクとなるレジストパターン形状が悪いた八 寸法
差は一段と大きくなり設計寸法と比較LAO03〜0.
5μm異なるパターンが形成されパターン形状はいちじ
るしく劣化したものとなった このことは設計寸法通り
に忠実にパターン形成を行うことが要求される超微細か
つ高密度な半導体集積回路の製造に極めて都合が悪し−
一方、本発明のパターン形成方法は0.5μm以下の超
微細パターンを、設計寸法通りに良好な形状で忠実に形
成する事が可能で、結果として超微細で高密度な半導体
デバイスの設計通りの特性、信頼性を高分留りで形成す
ることが可能であり、特にサブハーフミクロン程度のデ
バイス作製において、極めて意義大なものである。
示しt、lo パターン形成実験の結果 レジストパ
ターン2a、2a’ として好形状な0゜3μmライン
アンドスペースパターンを形成することが可能であっ九
更にこのパターン形成材料(1μm)の照射特性を第
3図に示す。T値5.5.g度10mJ/cm2と高コ
ントラスト、高感度であった ここて、 本発明の一実施例のパターン形成材料と従来の材料を用
いた方法の比較を下表に示も(以下余白) 本発明のパターン形成方法は 樹脂の耐熱性を向上させ
る事により、従来のパターン形成方法と比較し パター
ンの耐熱性も向上した 同時に熱による軟化がないた敢
パターンアングル90度の0.3μmラインアンドス
ペースのレジストパターン形状 マスクの設計通りに形
成する事ができたこれに対して従来例で(友 樹脂の低
い耐熱性のゆえ パターンアングルは70度となり、マ
スク寸法と比較し0.2〜0.3μm異なる値となった
そのため解像性も向上せず、 0.4μmラインアン
ドスペースが解像されたにすぎなかつ島 また従来フッ
素系プラズマエッチにより形成された基板パター26表
マスクとなるレジストパターン形状が悪いた八 寸法
差は一段と大きくなり設計寸法と比較LAO03〜0.
5μm異なるパターンが形成されパターン形状はいちじ
るしく劣化したものとなった このことは設計寸法通り
に忠実にパターン形成を行うことが要求される超微細か
つ高密度な半導体集積回路の製造に極めて都合が悪し−
一方、本発明のパターン形成方法は0.5μm以下の超
微細パターンを、設計寸法通りに良好な形状で忠実に形
成する事が可能で、結果として超微細で高密度な半導体
デバイスの設計通りの特性、信頼性を高分留りで形成す
ることが可能であり、特にサブハーフミクロン程度のデ
バイス作製において、極めて意義大なものである。
実施例2
酸発生剤(2)を下記の組成に変更する以外(よ実施例
1と同様の実験を行っμ その結果、実施例1と同様の良好な結果が5mJ/ c
m 2の感度で得られん 実施例3 酸発生剤(2)を下記の組成に変更する以外(よ実施例
1と同様の実験を行っ九 SOs C1h その結果 実施例1と同様の良好な結果が15m J/
cm2の感度で得られtも 実施例4 樹脂(1)を下記の組成に変更する以外(よ 実施例1
と同様の実験を行っ九 CH3−C−CH3m: n=3: 1CH3M
w = 10000 この樹脂(表 耐熱性を向上させる基((、三N)力(
実施例1のものより少ない比率で導入されたものである
。しかしこの樹脂はTgが160℃であり、パターン形
成材料として用いるには十分な耐熱性を有する。実験を
行った結果 実施例1と同様の結果が得られ九 実施例5 樹脂(1)を下記の組成に変更する以外は、実施例1と
同様の実験を行った CH3M w = 10000 この樹脂は 分子内にイミド結合を導入する事によって
耐熱性を向上させんとするもので、結果としてこの樹脂
のTgは200℃以上となり九 実験の結果、実施例1
と同様の良好な結果が得られ九実施例6 樹脂(1)を下記のものに変更する以外は実施例1と同
様の実験を行っ九 CHs−C−CH3Hm: n=2: 1CH3 その結果、実施例1と同様の良好な結果が得られ八 実施例7 樹脂(1)を下記のものに変更する以外は実施例1と同
様の実験を行っ九 この樹脂1よ 分子内にポリパラスチレンを導入する事
によって耐熱性を向上させんとするもので、結果として
この樹脂のTgは160℃となっμ 同時番へ 分子
内にアルカリ可溶性基(−OH)を導入することにより
、疎水性基板との密着性を向上させる事を目的上した
パターン形成材料と基板間の密着性を向上させる事は
従来 パターン形成が難しいとされていた膜〔例えばS
i O2K S 1sN4風 スピンオングラス(
SOG)膜等の親水性の高い基板〕上のパターン形成に
おいてさらに意義犬なものである。その結果 良好な形
状の0.3μm L / Sパターンが形成する事がで
き島実施例8 樹脂(1)を下記の組成に変更する以外は 実施例1と
同様の実験を行っμ Cth l : m: n−1: 1:
IM w = 10000 この樹脂(よ 分子内にポリパラビニルフェノールと、
C=Nを導入する事により耐熱性を向上させ、かつ、水
酸基を導入する事により、密着性向上を同時に得る事を
目的とし九 その結果 良好な結果が得られ九 実施例9 パターン形成材料をSOGが形成された基板上に成膜す
る以外1.t、実施例8と同様の実験を行っμ その結
果 実施例8と同様に良好な形状を有する 0.3μm
のラインアンドスペースパターン力丈パターンはがれす
ることなく良好な密着性を有することがわかっ九 実施例IO 現像液を2,38%TMAH(テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド)七10%イソプロパツール水溶
液に変更する以外1i 実施例9と同様の実験を行っ
九 このように 現像液にイソプロパツール等のアルコ
ールを混入する事により、現像液中に極性が生欧 パタ
ーン形成材料膜上のぬれ性が向上することが判明し九
現像液とパターン形成材料膜のぬれ性を向上させる事は
露光部のパターン形成材料の溶解速度を増加させるへ
より一層の高感度化が可能となム その結果 実施例9
と同様の結果力<、 3.5mJ/cm’という非常
に高い感度で得られ島 な扛 本実施例において、酸雰
囲気でアルカリ可溶性を示す基として安定性の高いター
シャルブトキシ基を用いて説明した力(他にターシャル
ブトキシカルボネート基 イソプロポキシカルボネート
展 イソプロポキシ莱 テトラヒドロピラニル基 テト
ラヒドロフラニル基トリメチルシリル基等が挙げられ
またこれらに限定されるものではな賎 また酸発生剤についても同様で、下記一般式で示される
化合物力(溶液安定性、酸発生効率等が良好で、これを
パターン形成材料として用いた場念 良好な結果が期待
される万丈 露先により酸を発生するものであれば何で
もよく、これらに限定されるものではな賎 一般式 〔式中、 Rtoはトリクロルアセチル基 p−トルエ
ンスルホニル基 p−トリフルオロメチルベンゼンスル
ホニル泉 メタンスルホニル基又はトリフルオロメタン
スルホニル基を表わL R”及びR21は夫々、独立
して水素原子、ハロゲン原子又はニトロ基を表わす。〕 一般式 〔式中、R22及びR23は夫々、独立して直鎖汰分岐
状又は環状のアルキル基 ハロアルキル基又表わL
R”及びR26は夫々、独立して水素原子、ハロゲン原
子、直鎖状、分岐状又は環状アルキル基 ハロアルキル
基 アルコキシ展 ニトロ基又はシアノ基を表わす。)
を表わす。〕 一般式 〔大東 R26及びR1?は夫々、独立して水素原子、
ハロゲン原子、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基
又はアルコキシ基を表わL ZOはバークロレート、
p−hルエンスルホネート又はトリフルオロメタンス
ルホネートを表わす。〕 一般式 〔式+yはカルボニル基 スルホニル展 スルフィニル
基を表わL R”は低級アルキル基 トリフルオロメ
チル展 フェニル基又はアルキル置換フェニル基を表わ
L R”及びRz8は夫々、独立して低級アルキル基
ハロゲン原子又は水素原子を表わ(、、Ralは水素
原子、ハロゲン原子、低級アルキル基 アルコキシ基又
はアルキルチオ基を表わす。〕 一般式 〔成虫 R31RIQR22及びR1は夫々、独立して
水素原子、ハロゲン原子、直鎖状、分岐状又は環状のア
ルキル基 ハロアルキル基 アルコキシ基 アラルキル
展 置換フェニル莱 フェニル蝦 ニトロ基又はシアノ
基を表わL R”〜R12Rff2〜R0及びRif
f〜RffjはA、 B、及びCを介在して夫々、独
立して炭素数5〜8の脂環 ヘテロ脂環 芳香環又はヘ
テロ芳香環を表わす。〕溶媒に関しても本実施例では遠
紫外線領域で吸収の少ないジエチレングリコールジメチ
ルエーテルを用いた力(樹脂及び酸発生剤が溶解可能な
ものであれは何でもよく、例え(戯 エチルセロソルブ
アセテート、メチルセロソルブアセテート、エチルラク
テート、メチルラクテート、ジエチレングリコールジメ
チルエーテルk ジエチレングリコールジメチルエーテ
ル等が挙げられるがこの限りではなシモ また露光光
源についても同様の事が言うことができ、露光により酸
発生するものであれば何でもよく、例えばg線(436
nm)や1線(365nm)、電子線 X線等が挙げら
れる万丈もちろんこの限りではない。
1と同様の実験を行っμ その結果、実施例1と同様の良好な結果が5mJ/ c
m 2の感度で得られん 実施例3 酸発生剤(2)を下記の組成に変更する以外(よ実施例
1と同様の実験を行っ九 SOs C1h その結果 実施例1と同様の良好な結果が15m J/
cm2の感度で得られtも 実施例4 樹脂(1)を下記の組成に変更する以外(よ 実施例1
と同様の実験を行っ九 CH3−C−CH3m: n=3: 1CH3M
w = 10000 この樹脂(表 耐熱性を向上させる基((、三N)力(
実施例1のものより少ない比率で導入されたものである
。しかしこの樹脂はTgが160℃であり、パターン形
成材料として用いるには十分な耐熱性を有する。実験を
行った結果 実施例1と同様の結果が得られ九 実施例5 樹脂(1)を下記の組成に変更する以外は、実施例1と
同様の実験を行った CH3M w = 10000 この樹脂は 分子内にイミド結合を導入する事によって
耐熱性を向上させんとするもので、結果としてこの樹脂
のTgは200℃以上となり九 実験の結果、実施例1
と同様の良好な結果が得られ九実施例6 樹脂(1)を下記のものに変更する以外は実施例1と同
様の実験を行っ九 CHs−C−CH3Hm: n=2: 1CH3 その結果、実施例1と同様の良好な結果が得られ八 実施例7 樹脂(1)を下記のものに変更する以外は実施例1と同
様の実験を行っ九 この樹脂1よ 分子内にポリパラスチレンを導入する事
によって耐熱性を向上させんとするもので、結果として
この樹脂のTgは160℃となっμ 同時番へ 分子
内にアルカリ可溶性基(−OH)を導入することにより
、疎水性基板との密着性を向上させる事を目的上した
パターン形成材料と基板間の密着性を向上させる事は
従来 パターン形成が難しいとされていた膜〔例えばS
i O2K S 1sN4風 スピンオングラス(
SOG)膜等の親水性の高い基板〕上のパターン形成に
おいてさらに意義犬なものである。その結果 良好な形
状の0.3μm L / Sパターンが形成する事がで
き島実施例8 樹脂(1)を下記の組成に変更する以外は 実施例1と
同様の実験を行っμ Cth l : m: n−1: 1:
IM w = 10000 この樹脂(よ 分子内にポリパラビニルフェノールと、
C=Nを導入する事により耐熱性を向上させ、かつ、水
酸基を導入する事により、密着性向上を同時に得る事を
目的とし九 その結果 良好な結果が得られ九 実施例9 パターン形成材料をSOGが形成された基板上に成膜す
る以外1.t、実施例8と同様の実験を行っμ その結
果 実施例8と同様に良好な形状を有する 0.3μm
のラインアンドスペースパターン力丈パターンはがれす
ることなく良好な密着性を有することがわかっ九 実施例IO 現像液を2,38%TMAH(テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド)七10%イソプロパツール水溶
液に変更する以外1i 実施例9と同様の実験を行っ
九 このように 現像液にイソプロパツール等のアルコ
ールを混入する事により、現像液中に極性が生欧 パタ
ーン形成材料膜上のぬれ性が向上することが判明し九
現像液とパターン形成材料膜のぬれ性を向上させる事は
露光部のパターン形成材料の溶解速度を増加させるへ
より一層の高感度化が可能となム その結果 実施例9
と同様の結果力<、 3.5mJ/cm’という非常
に高い感度で得られ島 な扛 本実施例において、酸雰
囲気でアルカリ可溶性を示す基として安定性の高いター
シャルブトキシ基を用いて説明した力(他にターシャル
ブトキシカルボネート基 イソプロポキシカルボネート
展 イソプロポキシ莱 テトラヒドロピラニル基 テト
ラヒドロフラニル基トリメチルシリル基等が挙げられ
またこれらに限定されるものではな賎 また酸発生剤についても同様で、下記一般式で示される
化合物力(溶液安定性、酸発生効率等が良好で、これを
パターン形成材料として用いた場念 良好な結果が期待
される万丈 露先により酸を発生するものであれば何で
もよく、これらに限定されるものではな賎 一般式 〔式中、 Rtoはトリクロルアセチル基 p−トルエ
ンスルホニル基 p−トリフルオロメチルベンゼンスル
ホニル泉 メタンスルホニル基又はトリフルオロメタン
スルホニル基を表わL R”及びR21は夫々、独立
して水素原子、ハロゲン原子又はニトロ基を表わす。〕 一般式 〔式中、R22及びR23は夫々、独立して直鎖汰分岐
状又は環状のアルキル基 ハロアルキル基又表わL
R”及びR26は夫々、独立して水素原子、ハロゲン原
子、直鎖状、分岐状又は環状アルキル基 ハロアルキル
基 アルコキシ展 ニトロ基又はシアノ基を表わす。)
を表わす。〕 一般式 〔大東 R26及びR1?は夫々、独立して水素原子、
ハロゲン原子、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基
又はアルコキシ基を表わL ZOはバークロレート、
p−hルエンスルホネート又はトリフルオロメタンス
ルホネートを表わす。〕 一般式 〔式+yはカルボニル基 スルホニル展 スルフィニル
基を表わL R”は低級アルキル基 トリフルオロメ
チル展 フェニル基又はアルキル置換フェニル基を表わ
L R”及びRz8は夫々、独立して低級アルキル基
ハロゲン原子又は水素原子を表わ(、、Ralは水素
原子、ハロゲン原子、低級アルキル基 アルコキシ基又
はアルキルチオ基を表わす。〕 一般式 〔成虫 R31RIQR22及びR1は夫々、独立して
水素原子、ハロゲン原子、直鎖状、分岐状又は環状のア
ルキル基 ハロアルキル基 アルコキシ基 アラルキル
展 置換フェニル莱 フェニル蝦 ニトロ基又はシアノ
基を表わL R”〜R12Rff2〜R0及びRif
f〜RffjはA、 B、及びCを介在して夫々、独
立して炭素数5〜8の脂環 ヘテロ脂環 芳香環又はヘ
テロ芳香環を表わす。〕溶媒に関しても本実施例では遠
紫外線領域で吸収の少ないジエチレングリコールジメチ
ルエーテルを用いた力(樹脂及び酸発生剤が溶解可能な
ものであれは何でもよく、例え(戯 エチルセロソルブ
アセテート、メチルセロソルブアセテート、エチルラク
テート、メチルラクテート、ジエチレングリコールジメ
チルエーテルk ジエチレングリコールジメチルエーテ
ル等が挙げられるがこの限りではなシモ また露光光
源についても同様の事が言うことができ、露光により酸
発生するものであれば何でもよく、例えばg線(436
nm)や1線(365nm)、電子線 X線等が挙げら
れる万丈もちろんこの限りではない。
発明の効果
本発明(よ 紫外線特にKrFエキシマレーザに対し高
感度、高コントラストおよび超微細なりソグラフィプロ
セスに対する高い耐熱性および安定性を有する新規なパ
ターン形成材料を用いたバタン形成方法を提供するもの
であり、本発明によれば0.3μmルールの超微細な半
導体デバイス等への適用が可能となり、結果として半導
体素子等の微細(L 歩留りの向上に続がり、犬なる
工業的価値を発揮するものであム
感度、高コントラストおよび超微細なりソグラフィプロ
セスに対する高い耐熱性および安定性を有する新規なパ
ターン形成材料を用いたバタン形成方法を提供するもの
であり、本発明によれば0.3μmルールの超微細な半
導体デバイス等への適用が可能となり、結果として半導
体素子等の微細(L 歩留りの向上に続がり、犬なる
工業的価値を発揮するものであム
第1図(よ 本発明のパターン形成方法の工程断面図
第2図(よ 本発明の一実施例のパターン形成材料の紫
外線分光曲線図(ただし 実線は露光π1 破線は露光
後)、第3図は本発明の一実施例のパターン形成材料の
照射特性は 第4図(よ 従来のパターン形成方法の工
程断面図である。 1 、、、、シリコン基板、 la、 la’、、、
、基板パターン、 2.、、、本発明のパターン形成材
料yL2a、 2a“ 111.ポジ型パターン、 3
、、、、ホットプレート、 4 、、、、K r F
エキシマレーザ、 5 、、、、マス り。 第 2 図 Vθ 26θ 衰 長 (n→ 30θ (弐掻化s厚 ) No rmJ i z e−tL Injtirl TAic、Kness 図
第2図(よ 本発明の一実施例のパターン形成材料の紫
外線分光曲線図(ただし 実線は露光π1 破線は露光
後)、第3図は本発明の一実施例のパターン形成材料の
照射特性は 第4図(よ 従来のパターン形成方法の工
程断面図である。 1 、、、、シリコン基板、 la、 la’、、、
、基板パターン、 2.、、、本発明のパターン形成材
料yL2a、 2a“ 111.ポジ型パターン、 3
、、、、ホットプレート、 4 、、、、K r F
エキシマレーザ、 5 、、、、マス り。 第 2 図 Vθ 26θ 衰 長 (n→ 30θ (弐掻化s厚 ) No rmJ i z e−tL Injtirl TAic、Kness 図
Claims (3)
- (1)基板上に、酸雰囲気下でアルカリ可溶性となる官
能基と耐熱性を有する成分を有する樹脂、露光により酸
を発生する感光性化合物、前記樹脂及び化合物を溶解可
能な溶媒を含むパターン形成材料膜を形成する工程と、
遠紫外線で前記材料膜を選択的に露光する工程と、前記
材料膜を加熱処理する工程と、前記材料膜を現像して前
記材料膜のパターン形成する工程とを備えたことを特徴
とするパターン形成方法。 - (2)成分が、イミド、アミド、シアン、フェニル、ヒ
ドロキシフェニル、クロロフエニル、シアノのいずれか
を含む基であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
に記載のパターン形成方法。 - (3)官能基がメチル、イソプロピル、tert−ブチ
ル、メトキシメチル、イソプロポキシメチル、テトラヒ
ドロピラニル、テトラヒドロフラニル、トリメチルシリ
ル、tert−ブトキシカルボニル、イソプロポキシカ
ルボニルのいずれかを含む基であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載のパターン形成方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019531A JPH03223859A (ja) | 1990-01-30 | 1990-01-30 | パターン形成方法 |
DE1991618936 DE69118936T2 (de) | 1990-01-30 | 1991-01-24 | Verfahren zur Herstellung einer Bildstruktur |
EP19910300564 EP0440376B1 (en) | 1990-01-30 | 1991-01-24 | Process for forming pattern |
KR1019910001465A KR940007794B1 (ko) | 1990-01-30 | 1991-01-29 | 패턴 형성 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019531A JPH03223859A (ja) | 1990-01-30 | 1990-01-30 | パターン形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03223859A true JPH03223859A (ja) | 1991-10-02 |
Family
ID=12001919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019531A Pending JPH03223859A (ja) | 1990-01-30 | 1990-01-30 | パターン形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03223859A (ja) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62229242A (ja) * | 1986-02-24 | 1987-10-08 | ヘキスト・セラニーズ・コーポレーション | イミド含有ポリマ−の高解像力ホトレジスト |
JPS6435433A (en) * | 1987-07-01 | 1989-02-06 | Basf Ag | Radiation sensitive mixture for photosensitive layer forming material |
-
1990
- 1990-01-30 JP JP2019531A patent/JPH03223859A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62229242A (ja) * | 1986-02-24 | 1987-10-08 | ヘキスト・セラニーズ・コーポレーション | イミド含有ポリマ−の高解像力ホトレジスト |
JPS6435433A (en) * | 1987-07-01 | 1989-02-06 | Basf Ag | Radiation sensitive mixture for photosensitive layer forming material |
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