JP3067377B2 - ネガ型レジスト組成物 - Google Patents

ネガ型レジスト組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ネガ型レジスト組成物
に関するものであり、さらに詳しくは紫外線、遠紫外
線、X線、電子線などの放射線に感応し、特に高密度の
集積回路製造用のレジストとして好適なネガ型レジスト
組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ネガ型レジスト組成物としては、
環化ゴムとビスアジド化合物からなるレジストが広く用
いられてきた。このレジストにおいては、露光により架
橋を起こし、これを有機溶剤で、現像することによりパ
ターン形成を行なうのであるが、現像中に露光部の膨潤
現象が生じるため、解像度が不十分であると言う欠点が
あった。
【0003】最近これに対し、光により酸を発生させ、
これを触媒として樹脂を不溶化させる、化学増幅型レジ
ストが提案されている。この種のレジストでは、アルカ
リ水溶液で現像が可能なため、膨潤の問題がなく高い解
像度を得ることが可能になったのであるが、光によって
発生した酸が不安定なため、プロセス上の不安定性が指
摘され、問題になっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、かかる
在来技術の諸欠点の解消対策について鋭意検討を進めた
結果、上記の従来技術の問題点は、化学増幅型でなく、
しかもアルカリ現像可能なレジスト組成により良好に解
決されることを見出し、本発明に到達したものである。
したがって、この発明の目的は、高感度、高解像度で、
プロセス安定性の良いネガ型レジスト組成物を提供する
ことである。
【0005】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
フェノール性水酸基を有する樹脂と一般式(I)で示さ
れる感光剤とを含有することを特徴とするネガ型レジス
ト組成物により達成される。
【0006】
【化2】 (式中の記号の内容は以下に示すとおりである。
【0007】Ar:置換基を有してもよい芳香族炭化水
素より誘導されるm価の基 m :1〜3 n :0〜2 R1 :水素原子またはアルキル基 R2 :置換基を有してもよいアルキレン基 R3 :アルキル基 なお、R1 とR2 は環を形成しても良い。)Arを誘導
する芳香族炭化水素は、単環、多環、縮合環のいずれで
もよく、ハロゲン、アルコキシ基、水酸基、ニトロ基な
どの置換基を有しても良い。Arを誘導する芳香族炭化
水素の具体例としては、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン、ビフェニル、ジフェニルメタン、ナフタレン、フェ
ナントレン、アントラセン、ピレンなどを挙げることが
できる。R1 は水素またはアルキル基であるが、アルキ
ル基の場合、好ましい炭素数は1〜6である。R2 は置
換基を有してもよいアルキレン基である。アルキレン基
とは脂肪族炭化水素から誘導される二価の基を意味する
が、母体炭化水素の好ましい炭素数は1〜10である。
2 が置換基を有する場合、好ましい置換基は、ハロゲ
ン、アルコキシ基、水酸基、ニトロ基、フェニル基、お
よびアルキル基、ハロゲン、アルコキシ基、水酸基、ニ
トロ基より選ばれる基で置換されたフェニル基である。
3 はアルキル基であるが、その好ましい炭素数は1〜
6である。
【0008】一般式(I)で示される感光剤の合成は、
一般式(II)で示される芳香族化合物と一般式(II
I)で示されるアミノ酸エステルないしはその塩を有機
溶剤中で塩基の存在下で反応させることにより行なわれ
る。
【0009】
【化3】 (Ar,m,nは一般式(I)におけるのと同じ内容を
表わし、Xはハロゲン原子を表わす。)
【化4】 (R1 ,R2 ,R3 は一般式(I)におけるものと同じ
内容を表わす。)反応にもちいる有機溶媒としては、ジ
クロロメタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメ
チルホルムアミド、N−メチルピロリドン、ジメチルス
ルホキシド、スルホランなどが、塩基としては、トリエ
チルアミン、ピリジン、ピコリン、4−ジメチルアミノ
ピリジンなどが好ましく用いられる。
【0010】次に一般式(I)で示される化合物の具体
例を以下に示す。
【0011】
【化5】
【化6】
【化7】
【化8】
【化9】
【化10】
【化11】
【化12】
【化13】
【化14】
【化15】
【化16】
【化17】
【化18】
【化19】
【化20】
【化21】
【化22】
【化23】
【化24】
【化25】
【化26】
【化27】
【化28】
【化29】
【化30】
【化31】
【化32】
【化33】
【化34】 本発明のネガ型レジスト組成物において、一般式(I)
で示される感光剤は一種を用いても、複数種組み合わせ
て用いてもよい。感光剤の含有量(複数種用いる場合は
その合計)は、固形分で10%〜40%であることが好
ましい。
【0012】本発明のネガ型レジスト組成物に用いられ
るフェノール性水酸基を有する樹脂としては、当該分野
で使用される公知のものがいずれも使用可能である。具
体的には、ポリビニルフェノール、ビニルフェノールの
共重合体、ノボラック樹脂が好ましく用いられるが、こ
れらに限定されない。
【0013】また、本発明のネガ型レジスト組成物に
は、さらに色素、界面活性剤、安定剤、増感剤などの添
加剤を適宜加えることができる。
【0014】本発明のネガ型レジスト組成物は、以上述
べた樹脂、感光剤、その他の成分を溶媒に溶解して得ら
れる。溶媒としては、上記の各成分を溶解できる有機溶
媒が用いられる。具体的には、酢酸エチル、酢酸ブチ
ル、酢酸アミル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エ
チル、酪酸メチル、酪酸エチル、安息香酸メチル、乳酸
メチル、乳酸エチルなどのエステル類、メチルセロソル
ブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブなどのセロソ
ルブ類、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
ソルブエステル類、プロピレングリコールモノメチルエ
ーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエ
ーテルアセテートなどのプロピレングリコールエーテル
エステル類、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエ
トキシエタン、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサ
ン、アニソールなどのエーテル類、メチルエチルケト
ン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソ
ホロンなどのケトン類、ジメチルホルムアミド、ジメチ
ルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド
類、ジメチルスルホキシド、スルホランなどの非プロト
ン性極性溶媒から選ばれる溶媒、またはこれらの溶媒を
複数混合した溶媒が挙げられる。
【0015】本発明のネガ型レジスト組成物によるパタ
ーン形成は、被加工基板にレジストを塗布し、加熱して
溶媒を除き、紫外線、遠紫外線、X線、電子線などの放
射線を選択的に照射した後、アルカリ水溶液を用いて現
像して未露光部を溶解させることにより行なわれる。
【0016】現像液に用いるアルカリ水溶液の具体例と
しては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナト
リウム、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、り
ん酸三ナトリウム、りん酸水素二ナトリウム等の無機ア
ルカリ類、プロピルアミン、ジプロピルアミン、ジエチ
ルメチルアミン、ピロール、2,2−ジメチルピロー
ル、β−ピコリン、コリジン、ピペリジン、ピペラジ
ン、トリエチレンジアミン、2−ジエチルアミノエタノ
ール、2−アミノエタノール等のアミン類、水酸化テト
ラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウ
ム、コリン等の4級アンモニウム塩水酸化物などを一種
あるいは複数種含む水溶液が挙げられる。
【0017】さらに、本発明のネガ型レジスト組成物を
用いてパターン形成を行う場合、露光後、現像前に基板
を加熱する操作、いわゆるポスト・エクスージャ・ベー
クを行うことが可能である。紫外線、遠紫外線による露
光では、定在波効果に起因するレジスト側壁の凹凸が生
じる場合があるが、ポスト・エクスージャ・ベークを行
なうと、側壁の凹凸がなくなり、より良いパターン形状
が得られる。
【0018】
【実施例】以下本発明を実施例により具体的に説明す
る。以下の記述において部は重量部を表わす。
【0019】実施例1 9−クロロメチルアントラセン20.0gとL−チロシ
ンエチルエステル塩酸塩22.0gをジメチルホルムア
ミド100cm3に溶解し、トリエチルアミン15cm3
を加えて、60℃で7時間撹拌した。終夜放置後、反応
混合物をベンゼン1リットルで希釈し、濾過し、水洗
し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、濃縮した。得られ
た黄色固体をベンゼンとシクロヘキサンの混合溶媒で再
結晶し、化合物(I−25)を淡黄色結晶22.8gと
して得た。
【0020】化合物(I−25)30部とクレゾールノ
ボラック70部をプロピレングリコールモノメチルエー
テルアセテート300部に溶解してレジスト溶液を調製
した。クレゾールノボラックはm−クレゾールとp−ク
レゾールの35:65の混合物から合成したもので、重
量平均分子量が6000のものを用いた。
【0021】このレジストをシリコンウエハ上にスピン
コートし、90℃のホットプレートで1分間加熱して、
膜厚1.00μmの塗膜を形成した。この塗膜に水銀ラ
ンプと干渉フィルターを用いて波長365nmの紫外線
を露光量をかえながら十数箇所照射した後、水酸化テト
ラメチルアンモニウム2.38%水溶液に浸漬し、未露
光部が溶解しきるまで現像を行ない、純水でリンスし
た。現像を行なった試料の露光部の膜厚を測定し、露光
部の膜厚と塗布膜厚の比すなわち残膜率を露光量の対数
に対してプロットして感度曲線を作図した。このグラフ
から、残膜率が50%になる露光量E50とその点での曲
線の傾きγを求めたところ、E50は16mJ/cm2
γは1.51であった。
【0022】実施例2 実施例1と同じレジストをシリコンウエハ上にスピンコ
ートし、90℃のホットプレートで1分間加熱して、膜
厚1.04μmの塗膜を形成した。この試料をニコン
(株)製i線ステッパNSR1755I7Aを用いて
1:1ライン・アンド・スペース・パターンの露光を行
なった。露光後、90℃のホットプレートで1分間加熱
してポスト・エクスポージャ・ベークを行ない、水酸化
テトラメチルアンモニウム2.38%水溶液に2分間浸
漬して現像を行なった。形成されたライン・アンド・ス
ペース・パターンの断面を走査型電子顕微鏡で観察した
ところ、露光量120mJ/cm2で線幅0.4μmの
パターンが解像されていた。
【0023】実施例3 化合物(I−20)20部とクレゾールノボラック80
部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテー
ト200部とジメチルホルムアミド100部の混合溶媒
に溶解してレジスト溶液を調製した。クレゾールノボラ
ックは実施例1と同じものを用いた。
【0024】このレジストを実施例1と同様の方法で評
価したところ、E50は36mJ/cm2、γは1.00
であった。
【0025】実施例4 化合物(I−20)20部とクレゾールノボラック80
部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテー
ト300部に溶解してレジスト溶液を調製した。クレゾ
ールノボラックはm−クレゾールとp−クレゾールの
5:5混合物から合成したもので、重量平均分子量が6
100のものを用いた。
【0026】このレジストを実施例1と同様の方法で評
価したところ、E50は14mJ/cm2、γは0.90
であった。
【0027】実施例5 化合物(I−1)20部とポリビニルフェノール80部
をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
300部に溶解してレジスト溶液を調製した。ポリビニ
ルフェノールは市販品(丸善石化(株)、PHM−C)
を用いた。
【0028】このレジストを、干渉フィルターを変えて
照射光波長を254nmにしたこと、および現像液とし
て水酸化テトラメチルアンモニウム1.60%水溶液を
用いたこと以外は実施例1と同様の方法で評価したこと
ろ、E50は6mJ/cm2、γは1.20であった。
【0029】実施例6 実施例1と同じレジストをシリコンウエハ上にスピンコ
ートし、90℃のホットプレートで1分間加熱して、膜
厚1.00μmの塗膜を形成した。この塗膜に電子線露
光装置を用い、加速電圧20kV、電流量1nAで電子
線を露光量をかえながら十数箇所照射した後、水酸化テ
トラメチルアンモニウム2.38%水溶液に28秒間浸
漬して現像を行ない、純水でリンスした。現像を行なっ
た試料の露光部の膜厚を測定し、露光部の膜厚と塗布膜
厚の比すなわち残膜率を露光量の対数に対してプロット
して感度曲線を作図した。このグラフから、残膜率が5
0%になる露光量E50とその点での曲線の傾きγを求め
たところ、E50は33μC/cm2、γは1.47であ
った。
【0030】
【発明の効果】 本発明のネガ型レジスト組成物は新規な
感光剤を用いることにより高感度、高解像度で、プロセ
ス安定性の良い組成物を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 7/038 G03F 7/004 H01L 21/027

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フェノール性水酸基を有する樹脂と一般式
    (I)で示される感光剤とを含有することを特徴とする
    ネガ型レジスト組成物。 【化1】 (式中の記号の内容は以下に示すとおりである。 Ar:芳香族炭化水素より誘導されるm価の基 m :1〜3 n :0〜2 R1 :水素原子またはアルキル基 R2 :置換基を有してもよいアルキレン基 R3 :アルキル基 なお、R1 とR2 は環を形成しても良い。)
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