JPH0225850A - 放射線感応性組成物およびそれを用いたパターン形成法 - Google Patents

放射線感応性組成物およびそれを用いたパターン形成法

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JPH0225850A
JPH0225850A JP63175032A JP17503288A JPH0225850A JP H0225850 A JPH0225850 A JP H0225850A JP 63175032 A JP63175032 A JP 63175032A JP 17503288 A JP17503288 A JP 17503288A JP H0225850 A JPH0225850 A JP H0225850A
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JP
Japan
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polymer
acid
solution
pattern
composition
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JP63175032A
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Hesupu Shimon
シモン・ヘスプ
Nobuaki Hayashi
伸明 林
Takumi Ueno
巧 上野
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Hitachi Ltd
Resonac Corp
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Hitachi Chemical Co Ltd
Hitachi Ltd
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (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、紫外線、電子線、イオンビームまたはX線な
どの放射線に感応する組成物およびそれを用いたパター
ン形成法に関する。より詳しくは微細加工用に適し、耐
ドライエツチング性に優れた放射線感応性組成物および
それを用いたパターン形成法に関する。
【従来の技術】
従来、放射線照射により酸を発生する化合物とポリマー
の混合系の放射線感応性組成物に関しては、特開昭59
−45439、特開昭62−164045、特開昭62
−39420において論じられている。いずれの従来技
術も、本発明における特定のポリマーを用いることを示
していない。
【発明が解決しようとする課題】
将来のリソグラフィーとして短波長リソグラフイー特に
エキシマ−レーザーを用いたリソグラフィーが注目され
ている。しかし、この露光波長(248nm)において
、従来使用されているナフトキノンジアジドとノボラッ
クからなるポジ型ホトレジストは吸収が強く使用できな
い。この問題を解決する試みとして上記従来技術が報告
されている。しかし、エキシマ−レーザーリソグラフィ
ーの利用に当たっては露光装置の制約から露光波長の狭
帯化が必要であり、このため露光強度が低下するのでレ
ジストの高感度化が要求される。 また電子線リソグラフィーにおいて高解像性レジストの
高感度化は大きな課題として残されている。 本発明の目的は、新しいポリマーからなる高解像度かつ
高感度レジストを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上記目的は酸前駆体とポリマーの混合系において、露光
によって発生した酸がポリマーの側鎖の化学結合を解離
し、その最終生成物の溶解性が初期のポリマーのそれと
著しく異なる系を見出すことにより達成される。 本発明で酸前駆体としては、短波長領域に吸収のある従
来から知られている、ジアゾニウム塩。 ジアリルヨードニウム塩、トリアリールスルホニウム塩
などのオニウム塩やハロゲン化有機化合物を用いる。本
発明における塩の対アニオンはテトラフルオロホウ酸塩
、゛ヘキサフルオロアンチモン酸塩、トリフルオロメタ
ンスルホン酸塩、トリフルオロ酢酸、トルエンスルホン
酸塩などのようなルイス酸であるが、本発明がこれらの
対アニオンに限定されるものではない。 本発明における望ましいポリマーは、酸によって効率的
にポリマー側鎖の化学結合を解離し、その最終生成物の
極性(溶解度)が解離前のポリマーのそれと著しく異な
るビニル重合体である。しかし本発明は、ビニル付加重
合によって得られた重合体に限定されない。本発明にお
いて有用なポリマーを合成するために、重縮合、重付加
および付加縮合などの他の重合も用いられる。 照射によって生じた酸に対して不安定な基は、ポリビニ
ルフェノール、ポリビニル安息香酸やノボラック樹脂な
どのアルカリ可溶性樹脂の水酸基を保護する反応によっ
て形成されるアセタールとチオアセタールであることを
見出した。 望ましいポリマーはポリ(p−テトラヒドロピラニルオ
キシスチレン)、ポリ(p−テトラヒドロフラニルオキ
シスチレン)、ポリ(p−テトラヒドロチオピラニルオ
キシスチレン)、ポリ(p−テトラヒドロチオピラニル
オキシスチレン)、ポリ(p−ビニル安息香酸テトラヒ
ドロピラニルエステル)、ポリ(p−ビニル安息香酸テ
トラヒドロフラニルエステル)、ポリ(P−ビニル安息
香酸テトラヒドロチオピラニルエステル)、ポリ(p−
ビニル安息香酸テトラヒドロチオフラニルエステル)、
ポリ(p−スチリル酢酸テトラヒドロピラニルエステル
)、ポリ(p−スチリル酢酸テトラヒドロフラニルエス
テル)、ポリ(p−スチリル酢酸テトラヒドロチオピラ
ニルエステル)、ポリ(p−スチリル酢酸テトラヒドロ
チオフラニルエステル)である。ポリマーは、アセター
ルを側鎖に含む上記ポリマーとの共重合体でもよく、上
記ポリマーと相溶性のあるポリマーとの混合系でもよい
。 本発明の組成物において、放射線の照射によって酸を発
生する化合物の量は、高分子化合物100重量部に対し
、1−50重量部の範囲であることが好ましく、1−3
0重量部であることがより好ましい、1重量部未満では
効果が少ない。また50重量部を超えると塗膜にしたと
きの特性が低下する傾向にあるので上記の範囲が望まし
い。 [作用] ポリマー側鎖のアセタールは、放射線照射によって生じ
た酸により攻撃を受けると効率的に水酸基およびカルボ
ン酸が形成される。それによって照射部と未照射部との
極性の差すなわち溶解性の差が生じる。そのため、現像
液を選択することにより、ポジ型あるいはネガ型のパタ
ーンを得ることができる1例えば極性溶剤を用いて現像
を行なうと、露光部は現像液に対する溶解性が大きく、
未露光部は溶解性に乏しく難溶であり、ポジ型のパター
ンを得ることができる。一方非極性溶剤を用いて現像を
行なうと逆に未露光部の現像液に対する溶解性が大きく
ネガ型のパターンを得ることができる。 本発明において放射線照射によって生じた酸はアセター
ル分解反応の触媒として働く。酸は触媒であるため少量
存在しておればよく、アセタール分解反応によって消費
されない。
【実施例】
次に前述の望ましいポリマーを形成するための好ましい
合成法を示す。
【参考例1】ポリ(p−テトラヒドロフラニルオキシス
チレン)の合成 40mQの2.3−ジヒドロ−4H−ピランとP−ヒド
ロキシベンズアルデヒド 35gを230 m Qの酢
酸エチルに溶解し、これに触媒量の塩酸を加えた。この
溶液を室温で24時間撹拌した。 この溶液を2%水酸化ナトリウム溶液で洗浄し。 硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧濃縮した。この生成
物45gをテトラヒドロフランに溶解し、メチルトリフ
ェニルホスホニウムプロミド75gとt−ブトキシカリ
ウム52gのテトラヒドロフラン溶液に加えた。2時間
反応させたのち、溶液を氷水に注ぎ、酢酸エチルで3回
抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し濃縮した
。粗生成物をカラムクロマトグラフィにより精製した。 このp−テトラヒドロピラニルオキシスチレンのトルエ
ン溶液に7ゾビスイソブチロニトリル(AIBN)1w
t、%加え、窒素雰囲気下で6時間80℃に加熱した。 冷却後ポリマーを石油エーテル中に沈殿させ、真空中で
乾燥して表記のポリマーを得た。 また、p−ヒドロキシベンズアルデヒドの代わりにm−
ヒドロキシベンズアルデヒドや0−ヒドロキシベンズア
ルデヒドを用いると、全く同様にしてそれぞれ対応する
メタ置換スチレンやオルト置換スチレンが得られた。
【参考例2】ポリ(p−テトラヒドロフラニルオキシス
チレン)の合成 塩化スルフリル36gとテトラヒドロフラン1゜5Ωを
室温で混合し、2−クロロテトラヒドロフランのTHF
溶液を調製した。p−ヒドロキシベンズアルデヒド20
gのTHF溶液に、上記の2−クロロテトラヒドロフラ
ン溶液とトリエチルアミン60gのTHF溶液を同時に
加えた。生成したトリエチルアミン塩酸塩を除去し、溶
媒を濃縮することによりフラニルオキシベンズアルデヒ
ドを得た。窒素雰囲気下メチルトリフェニルホスホニウ
ムプロミド59gとp−ブトキシカリウム39gのT 
HF溶液に、上記p−フラニルオキシベンズアルデヒド
のTHF溶液を加えた。 2時間後に生成物を氷水中に注ぎ、酢酸エチルで3回抽
出した。硫酸マグネシウムで乾燥し、濃縮することによ
りp−テトラヒドロフラニルオキシスチレンの粗生成物
をえた。この粗生成物をカラムクロマトグラフィにより
精製した。モノマーのトルエン溶液にアゾビスイソブチ
ロニトリル(AIBN)1wt%加え、窒素雰囲気下で
6時間80”Cに加熱した。冷却後ポリマーを石油エー
テル中に沈殿させ、真空中で乾燥して表記のポリマーを
得た、
【参考例3】ポリ(p−ビニル安息香酸テトラヒドロピ
ラニルエステル)の合成 p−ブロモスチレンと金属マグネシウムを反応させた後
、炭酸ガスを吹き込んでp−ビニル安息香酸を合成した
。このカルボン酸を2,3−ジヒドロピランを用いてエ
ステル化して、P−ビニル安息香酸テトラヒドロピラニ
ルエステルを得た。 蒸留して精製したモノマーのトルエン溶液にAIBN 
 1wt%を加え、窒素雰囲気下80℃に4時間加熱し
た。冷却後ポリマーを石油エーテル中に沈殿させ、真空
中で乾燥して表記のポリマーを得た。
【参考例4】ポリ(p−ビニル安息香酸テトラヒドロフ
ラニルエステル)の合成 上と同様にして合成したp−ビニル安息香酸のTHF溶
液に、上記の2−クロロテトラヒドロフラン溶液とトリ
エチルアミンのTHF溶液を同時に加えた。生成したト
リエチルアミン塩酸塩を除去し、溶媒を濃縮することに
よりp−ビニル安息香酸テトラヒドロフラニルエステル
を得た。蒸留して得た精製した七ツマ−のトルエン溶液
にAXBN  1wt%を加え、窒素雰囲気下80℃に
4時間加熱した。冷却後ポリマーを石油エーテル中に沈
殿させ、真空中で乾燥して表記のポリマーを得た。
【参考例5】ポリ(p−スチリル酢酸テトラヒドロピラ
ニルエステル)の合成 p−クロロメチルスチレンとシアン化ナトリウムより合
成したp−ビニルベンジルニトリルを酸触媒とともに加
熱することにより加水分解し、4−スチリル酢酸を得た
。このカルボン酸を2,3−ジヒドロビランを用いてエ
ステル化して、4−スチリル酢酸テトラヒドロピラニル
エステルを得た。蒸留して得た精製した七ツマ−のトル
エン溶液にAIBN  1wt%を加え、窒素雰囲気下
80’Cに6時間加熱した。冷却後ポリマーを石油エー
テル中に沈殿させ、真空中で乾燥して表記のポリマーを
得た。
【参考例6】ポリ(p−スチリル酢酸テトラヒドロフラ
ニルエステル)の合成 上と同様にして合成したp−スチリル酢酸のTHF溶液
に、上記の2−クロロテトラヒドロフラン溶液とトリエ
チルアミンのTHF溶液を同時に加えた。生成したトリ
エチルアミン塩酸塩を除去し、溶媒を濃縮することによ
りp−スチリル酢酸テトラヒドロフラニルエステルを得
た。蒸留して得た精製したモノマーのトルエン溶液にA
IBN1wt%を加え、窒素雰囲気下80℃に6時間加
熱した。冷却後ポリマーを石油エーテル中に沈殿させ、
真空中で乾燥して表記のポリマーを得た。 [実施例1] ポリ(p−テトラヒドロピラニルオキシスチレン)をシ
クロヘキサノンに溶解して20wt%の溶液となるよう
にし、これにジフェニルヨードニウムトリフロロメタン
スルホン酸塩をポリマー固形分に対し10wt%加えレ
ジスト溶液とした。 このレジスト溶液をシリコンウェハ上に回転塗布し、8
0℃で30分間ベークして厚さ0.7μmのレジスト膜
を形成した。キセノン−水銀ランプからの光を248n
m用干渉フィルターを通してパターンを有するマスクを
介して3 m J / aJ露光した。100℃で10
分間ベークした後、1wt%水酸化テトラメチルアンモ
ニウムと10wt%n−プロパツールの水溶液で60秒
間現像し。 良好な1μmのラインアンドスペースのポジ型パターン
を形成することができた。 同様に現像液としてジクロロメタンを使用すると、ネガ
型のパターンが得られた。
【実施例2】 ポリ(p−テトラヒドロフラニルオキシスチレン)をシ
クロヘキサノンに溶解して20wt%の溶液となるよう
にし、これにジフェニルヨードニウムトリフロロメタン
スルホン酸塩をポリマー固形分に対し10wt%加えレ
ジスト溶液とした。 このレジスト溶液をシリコンウェハ上に回転塗布し、8
0℃で30分間ベークして厚さ0.7μmのレジスト膜
を形成した。キセノン−水銀ランプからの光を248n
m用干渉フィルターを通してパターンを有するマスクを
介して3 m J / al露光した。100℃で10
分間ベークした後、1wt%水酸化テトラメチルアンモ
ニウムと10wt%n−プロパツールの水溶液で60秒
間現像し。 良好な1μmのラインアンドスペースのポジ型パターン
を形成することができた。 また、ポリマーをパラ置換体からメタ置換体に代えても
効果は変わらなかった。
【実施例3】 ポリ(p−テトラヒドロピラニルオキシスチレン)をシ
クロヘキサノンに溶解して20wt%の溶液となるよう
にし、これにビス−(p−t−ブチルフェニル)ヨード
ニウムトリフロロメタンスルホン酸塩をポリマー固形分
に対し10wt%加えレジスト溶液とした。このレジス
ト溶液をシリコンウェハ上に回転塗布し、80℃で30
分間ベークして厚さ0.7μmのレジスト膜を形成した
。 キセノン−水銀ランプからの光を248nm用干渉フィ
ルターを通してパターンを有するマスクを介してB m
 J / d露光した。100℃で10分間ベークした
後、1wt%水酸化テトラメチルアンモニウムと10w
t%n−プロパツールの水溶液で60秒間現像し、良好
な1μmのラインアンドスペースのポジ型パターンを形
成することができた。 [実施例4] 実施例1のジフェニルヨードニウムトリフロロメタンス
ルホン酸塩の代わりにジフェニルヨードニウムトリフロ
ロ酢酸塩を用いて全く同様の操作を行ない、4mJ/c
l露光により、良好な1μmのパターンを得た。 また、ジフェニルヨードニウム−p−トルエンスルホン
酸塩を用いても同様の結果を得た。
【実施例5】 実施例1のように調製したレジスト溶液をシリコンウェ
ハーに回転塗布し、80℃で30分べ一りすることによ
り膜厚0.7μmのレジスト膜を得た。このレジスト膜
を電子線描画装置にいれて20keV  20μC/a
ilの照射量で電子線描画を行なった。100℃で10
分間ベータした後。 1wt%水酸化テトラメチルアンモニウムと10wt%
n−プロパツールの水溶液で60秒間現像し、良好な0
.5μmのラインアンドスペースのポジ型パターンを形
成することができた。
【実施例6】 実施例2のように調製したレジスト溶液をシリコンウェ
ハーに回転塗布し、80℃で30分ベークすることによ
り膜厚0.7μmのレジスト膜を得た。このレジスト膜
を電子線描画装置にいれて20keV  15μC/a
Jの照射量で電子線描画を行なった。100℃で10分
間ベークした後、1wt%水酸化テトラメチルアンモニ
ウムと10wt%n−プロパツールの水溶液で60秒間
現像し、良好な005μmのラインアンドスペースのポ
ジ型パターンを形成することができた。
【実施例7】 ポリ(p−ビニル安息香酸テトラヒドロピラニルエステ
ル)をシクロヘキサノンに溶解して20wt%の溶液と
なるようにし、これにジフェニルヨードニウムトリフロ
ロメタンスルホン酸塩をポリマー固形分に対し10wt
%加えレジスト溶液とした。このレジスト溶液をシリコ
ンウェハ上に回転塗布し、80℃で30分間ベークして
厚さ0゜8μmのレジスト膜を形成した。キセノン−水
銀ランプからの光を3QSnm用干渉フィルターを通し
てパターンを有するマスクを介して5mJ/d露光した
。100℃で10分間ベークした後、1wt%水酸化テ
トラメチルアンモニウムと10wt%n−プロパツール
の水溶液で60秒間現像し、良好な1μmのラインアン
ドスペースのポジ型パターンを形成することができた。
【実施例8】 実施例7のように調製したレジスト溶液をシリコンウェ
ハーに回転塗布し、80℃で30分ベークすることによ
り膜厚0.8μmのレジスト膜を得た。このレジスト膜
を電子線描画装置にいれて20keV  15μC/a
Jの照射量で電子線描画を行なった。1.00℃で10
分間ベークした後。 1、 w t%水酸化テトラメチルアンモニウムと10
wt%n−プロパツールの水溶液で60秒間現像し、良
好な0.5μmのラインアンドスペースのポジ型パター
ンを形成することができた。 [実施例9] ポリ(p−スチリル酢酸テトラヒドロピラニルエステル
)をシクロヘキサノンに溶解して2Ow盲1%の溶液と
なるようにし、これにトリフェニルスルホニウムトリフ
ロロメタンスルホン酸塩をポリマー固形分に対し10w
t%加えレジスト溶液とした。このレジスト溶液をシリ
コンウェハ上に回転室布し、80℃で30分間ベークし
て厚さ0゜8μmのレジスト膜を形成した。キセノン−
水銀ランプからの光を308nm用干渉フィルターを通
してパターンを有するマスクを介して5mJ/dll光
した。100℃で10分間ベークした後、10wt%n
−プロパツールの水溶液でリンスした後、1wt%水酸
化テトラメチルアンモニウム水溶液で60秒間現像し、
良好な1μmのラインアンドスペースのポジ型パターン
を形成することができた。 L実施例10】 ポリ(P−スチリル酢酸テトラヒドロフラニルエステル
)をシクロヘキサノンに溶解して20wt%の溶液とな
るようにし、これにトリフェニルスルホニウムトリフロ
ロメタンスルホン酸塩をポリマー固形分に対し10wt
%加えレジスト溶液とした。このレジスト溶液を実施例
8と同様にシリコンウェハ上に回転塗布し、露光実験を
行なうと、5 m J / alの露光量で、良好な1
μmのラインアンドスペースのポジ型パターンを形成す
ることができた。またトリフェニルスルホニウムトリフ
ロロメタンスルホン酸塩の代わりにジフェニルヨードニ
ウムトリフロロメタンスルホン酸塩を用いても、はぼ同
様の結果を得た。
【発明の効果】
本発明によれば、紫外線、電子線、X線その他活性放射
線に対して優れた感度を有し、また高解像性のポジ型レ
ジスト組成物を得ることができた。 また、非極性の現像液を選択することによりネガ・型の
パターン形成も可能であった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、側鎖にアセタール基もしくはチオアセタール基を含
    む高分子と放射線照射により酸を発生する化合物からな
    ることを特徴とする放射線感応性組成物。 2、基板上に請求項第1項記載の放射線感応性組成物を
    塗布しレジスト膜を形成する工程、塗布溶媒を取り除く
    ためのプリベーク工程、レジスト層に所望のパターンを
    露光する工程、露光後ベークする工程、アルカリ性現像
    液で現像してポジ型のパターンを得る工程からなること
    を特徴とするパターン形成法。 3、基板上に請求項第1項記載の放射線感応性組成物を
    塗布しレジスト膜を形成する工程、塗布溶媒を取り除く
    ためのプリベーク工程、レジスト層に所望のパターンを
    露光する工程、露光後ベークする工程、非極性溶媒で現
    像してネガ型のパターンを得る工程からなることを特徴
    とするパターン形成法。
JP63175032A 1988-07-15 1988-07-15 放射線感応性組成物およびそれを用いたパターン形成法 Pending JPH0225850A (ja)

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