JPH0693122B2 - 高感度感応性放射線レジスト - Google Patents

高感度感応性放射線レジスト

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JPH0693122B2
JPH0693122B2 JP62313821A JP31382187A JPH0693122B2 JP H0693122 B2 JPH0693122 B2 JP H0693122B2 JP 62313821 A JP62313821 A JP 62313821A JP 31382187 A JP31382187 A JP 31382187A JP H0693122 B2 JPH0693122 B2 JP H0693122B2
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004—Photosensitive materials
    • G03F7/039—Macromolecular compounds which are photodegradable, e.g. positive electron resists

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、放射線に対する優れた感度特性と解像度をも
っている一般式(I)に示されるα−シアノアクリル酸
エステル及び一般式(II)のモノマーを主剤とするレジ
ストを使用することにより、例えば16メガビットDRAM以
降の大規模集積回路に適用可能なレジストを提供するこ
とを目的としたものである。
<従来の技術> 半導体集積回路は光学式露光の限界である0.5μm以下
のレベルのリソグラフィー技術として、電子ビーム直接
描画、X線リソグラフィーなどの技術が開発されている
が、これらに適合するレジストの開発も急を要する段階
となっている。
これらレジスト材料には、放射線を照射することにより
架橋反応を起こし現像液に不溶化するネガ型レジスト
と、レジストの主剤ポリマーが主鎖分裂反応を起こし低
分子量化することから現像液に易溶性となり、照射領域
のみ除去されるポジ型レジストとがある。
ネガ型レジストの特徴は、高感度であり、耐エッチング
性が優れているが、解像度が低いことである。
これに対してポジ型レジストの特徴は、解像度は高い
が、感度や耐エッチング性がネガ型レジストより劣るこ
とである。
最近、大規模集積回路の高集積化の速度は一段と加速さ
れており、放射線感応性レジストの主流はポジ型レジス
トへ移行している。
しかしながら、このポジ型レジストは高い解像度を特徴
とするが、感度と耐ドライエッチング性に大きな弱点が
あり、この欠点は未だ解決されていない。
<発明が解決しようとする課題> ポジ型レジストの代表的主剤ポリマーとしては、ポリメ
チルメタクリレート(PMMA)があるが、その優れた解像
度(0.3〜0.5μm)とは、極めてアンバランスな低感度
(5×105C/cm2)の故に、実用化レジストとしては、そ
の感度向上に改善努力が集中しており、多くの提案がな
されている。
レジストの感度の改善には、Cl、Br、F、S、O、Nな
どの電子吸引基の導入が考えられる。例えば、ポリヘキ
サフルオロブチルメタクリレート、ポリトリクロロエチ
ルメタクリレート、ポリトリフルオロエチルα−クロル
アクリレート、ポリブテン−1スルホンなどが提案され
ているが、未だにその大半が感度が不十分であるばかり
でなく、密着性、寸法安定性、保存安定性などプロセス
コントロール上の不安定性が解消されておらず、本格的
レジストには程遠いのが実情である。
そこで本発明は、高解像度、高感度を有する16メガビッ
トDRAM以降の大規模集積回路用として一段と加工精度の
高い放射線感応性レジストを提供することを目的とす
る。
<課題を解決するための手段> 上記目的を達成すべくなされたものであり、請求項1に
記載の発明は、 (式中、RはC1〜C5を除くアルキル基、シクロアルキル
基、ハロゲン化アルキル基)で表されるα−シアノアク
リル酸エステルの単独重合体もしくはこのモノマー群の
2種以上よりなる共重合体、又はこのモノマー群と、 (ただし、式中のXは、CH3、Cl、F、Br、I、COOR、N
O2、YはH、COORで、Rはアルキル基、ハロゲン化アル
キル基)で表されるモノマー群のなかの1種以上よりな
る共重合体を主成分とした高感度放射線感応性レジスト
である。
<作用> 本発明によれば、一般式(I)に示すエステル基を構成
するRをC1〜C5を除くアルキル基、シクロアルキル基、
ハロゲン化アルキル基としてなるα−シアノアクリル酸
エステルを基本構成単位とした重合体若しくは共重合
体、又は一般式(II)で示されるモノマーとの共重合体
を構成することにより形成したレジストは従来のレジス
トに比較して、高解像度を有するとともに高感度を示す
ものである。
<実施例> 以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
本発明は、その分子内に電子吸引基CNの他にCl、F、Br
などを有する一般式(I); (式中、RはC1〜C5を除くアルキル基、シクロアルキル
基、ハロゲン化アルキル基)で表されるα−シアノアク
リル酸エステルの単独重合体もしくはこのモノマー群の
2種以上よりなる共重合体、又はこのモノマー群と、一
般式(II); (ただし、式中のXは、CH3、Cl、F、Br、I、COOR、N
O2、YはH、COORで、Rはアルキル基、ハロゲン化アル
キル基)で表されるモノマー群のなかの1種以上よりな
る共重合体を主成分とすることにより、それらが元来保
有している高い感度特性、すなわち電子線感度が5×10
7C/cm2以上であり、PMMAの感度の5×105C/cm2に比べ
て、1/100程度の放射線照射量で足りるため、約100倍の
生産性を有し、さらに線幅0.5μm以下の実用解像度を
有することから、16メガビットDRAM以降の大規模集積回
路用レジストに適する。
上記の一般式(I)のα−シアノアクリル酸エステル
は、式中のRは、C1〜C5を除くアルキル基、シクロアル
キル基、ハロゲン化アルキル基であり、具体的にはα−
シアノアクリル酸n−ヘキシル、α−シアノアクリル酸
シクロヘキシル、α−シアノアクリル酸シクロヘプチ
ル、α−シアノアクリル酸n−オクチル、α−シアノア
クリル酸2−エチルヘキシル、α−シアノアクリル酸ト
リフルオロエチル、α−シアノアクリル酸ヘキサフルオ
ロブチルなどである。
一方、一般式(II)であらわされるモノマー群は、具体
的にはニトロエチレン、メチレンマロン酸ジエチル、メ
タクリル酸トリフルオロエチル、メタクリル酸ヘキサフ
ルオロブチル、α−クロロアクリル酸トリフルオロエチ
ルなどである。
これらのモノマーは通常の合成法で得られたものでよ
く、アニオン合成抑制剤を混入したままでよい。以上か
らなる単独重合体、及び共重合体の分子量は、ともに通
常20000〜2000000であるが、好ましくは200000〜100000
0のものが使われる。
さらに本発明の具体的な実施例を挙げて説明するが。本
発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〕 アニオン重合抑制剤(SO250ppm)を含むα−シアノアク
リル酸シクロヘキシル0.5モル/800mlアセトン溶液をフ
ラスコ中に導入した。この系内を十分にかきまぜなが
ら、室温でアニオン重合開始剤(アニリン)の5×104
モル/100mlアセトン溶液を系内の温度を室温に保ちなが
ら、徐々に加えて反応させた。
得られた重合体を系外に取り出して、再沈澱法により精
製を行なった後、これをゲルパーミェーションクロマト
グラフィー(GPC)−光散乱法で、その分子量を測定し
たところ、その分子量は476000で、その重合率は96.4%
であった。
この重合体の5重量%シクロヘキサノン溶液を作り、回
転塗布法により0.5μm厚の酸化シリコン層上に塗布し
て、0.54μmの膜厚の重合体(レジスト)膜を得た。こ
れを140℃、30分、加熱処理(プリベーク)した後、加
速電圧10KV 5×107C/cm2の電子線を所定のパターンに
従って、重合体(レジスト)膜面に照射した。続いてこ
れを大気中に取り出して、25℃のシクロヘキサノンとメ
チルイソブチルケトンの1:2の現像液に3分間浸漬する
ことによって現像し、イソプロピルアルコールでリンス
し乾燥した。ついで140℃、30分間加熱処理(ポストベ
ーク)した。
以上のように処理した、この重合体(レジスト)膜を走
査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、電子線
照射領域の重合体(レジスト)膜は完全に除去されてお
り、また酸化シリコン層と重合体(レジスト)膜との接
着も良好であることが確認された。
これを反応性イオンエッチング装置(RIE)でエッチン
グしたところ、0.3μmの直線状のシャープなパターン
がSEMによって確認された。
これに対し、比較のために行なったPMMAレジストの電子
線感度は5×105C/cm2で実施例1の1/100であり、解像
度は実施例1と同一条件(加速電圧10KV)では、0.5μ
mと実施例1の解像度に及ばなかった。
〔実施例2〕 アニオン重合抑制剤(SO2)をそれぞれ50ppm含むα−シ
アノアクリル酸トリフルオロエチルの0.3モル/400mlア
セトン溶液とα−シアノアクリル酸n−ヘプチルの0.2
モル/400mlアセトン溶液とをフラスコに導入した。
この系内を十分にかきまぜながら、アニオン重合開始剤
(ジエチルアミン)の5×104モル/100mlアセトン溶液
を系内の温度を室温に保ちつつ、徐々に加えて反応させ
た。得られた共重合体を系外に取り出して、再沈澱法に
より精製した。これをゲルパーミェーションクロマトグ
ラフィー(GPC)−光散乱法で、その分子量を測定した
ところ、その分子量は535000で、その重合率は96.7%で
あった。
この共重合体の5重量%シクロヘキサノン溶液を作り、
回転塗布法により0.5μm厚の熱酸化シリコン層上に塗
布して、0.53μmの膜厚の共重合体(レジスト)膜を得
た。これを実施例1と同様に、プリベーク後、加速電圧
10KV4×107C/cm2の電子線を所定のパターンに従って、
共重合体(レジスト)膜面に照射した。続いてこれを大
気中に取り出して、実施例1と同様に現像・リンス・ポ
ストベークした後、共重合体(レジスト)膜をSEMで観
察した。電子線照射領域の共重合体(レジスト)膜は完
全に除去されており、また酸化シリコン層と共重合体
(レジスト)膜との接着も良好であることが確認され
た。
またRIEによるエッチングの結果、0.4μmの直線状のシ
ャープなパターンがSEMにより確認された。
〔実施例3〕 α−シアノアクリル酸ヘキサフルオロブチルとα−シア
ノアクリル酸シクロヘキシルのモル比6:4の共重合体を
実施例2と同様にして、アニオン重合法により得た。こ
れをゲルパーミェーションクロマトグラフィー(GPC)
−光散乱法で、その分子量を測定したところ、その分子
量は648000で、その重合率は96.3%であった。
この共重合体の5重量%シクロヘキサノン溶液を作り、
回転塗布法により0.5μm厚の熱酸化シリコン層上に塗
布して、0.61μmの膜厚の共重合体(レジスト)膜を得
た。これを実施例2と同様に、プリベーク・電子線照射
・現像・リンス・ポストベークした後、共重合体(レジ
スト)膜をSEMで観察した。電子線照射領域の共重合体
(レジスト)膜は完全に除去されており、また酸化シリ
コン層と共重合体(レジスト)膜との接着も良好である
ことが確認された。
またRIEによるエッチングの結果、0.4μmの直線状のシ
ャープなパターンがSEMにより確認された。
〔実施例4〕 α−シアノアクリル酸トリフルオロエチル10部とメタク
リル酸トリフルオロエチル5部、酢酸3部、アゾビスイ
ソブチロニトリル0.1部を窒素中で封管重合させた。得
られた共重合体を再沈澱法により精製した。これをゲル
パーミェーションクロマトグラフィー(GPC)−光散乱
法で、その分子量を測定したところ、その分子量は3850
00で、その重合率は95.1%であった。
この共重合体の5重量%シクロヘキサノン溶液を作り、
回転塗布法により0.5μm厚の熱酸化シリコン層上に塗
布して、0.47μmの膜厚の共重合体(レジスト)膜を得
た。これを130℃、30分加熱処理(プリベーク)した
後、加速電圧10KV 4×107C/cm2の電子線を所定のパタ
ーンに従って、共重合体(レジスト)膜面に照射した。
続いてこれを実施例2と同様に現像・リンス・ポストベ
ークした後、共重合体(レジスト)膜をSEMで観察した
ところ、電子線照射領域の共重合体(レジスト)膜は完
全に除かれ鮮明なポジティブ像が確認された。
またRIEによるエッチングの結果、0.5μmの直線状のシ
ャープなパターンがSEMにより確認された。
〔実施例5〕 アニオン重合開始剤(ジエチルアミン 5×104モル)
を含むアセトン・トルエン混合溶液700mlをフラスコ内
に導入し、この系内を十分にかきまぜながら、重合抑制
剤(SO2)をそれぞれ50ppm含むメチレンマロン酸ジエチ
ル(0.3モル)とα−シアノアクリル酸シクロヘキシル
0.2モルを含む200mlのアセトン・トルエン混合溶液を系
内の温度に室温に保ちながら徐々に加えて反応させた。
得られた共重合体を再沈澱法により精製した。これをゲ
ルバーミミェーションクロマトグラフィー(GPC)−光
散乱法で、その分子量を測定したところ、その分子量は
601000で、その重合率は96.7%であった。
この共重合体の5重量%シクロヘキサノン溶液を作り、
回転塗布法により0.5μm厚の熱酸化シリコン層上に塗
布して、0.59μmの膜厚の共重合体(レジスト)膜を得
た。これを実施例1と同様に、プリベーク・電子線照射
・現像・リンス・ポストベークを行ない、RIEによるエ
ッチングの結果、0.5μmの直線状のシャープなパター
ンがSEMにより確認された。
〔実施例6〕 α−シアノアクリル酸2エチルヘキシル10部とα−クロ
ロアクリル酸トリフルオロエチル5部、酢酸3部、アゾ
ビスイソブチロニトリル0.1部を窒素中で封管重合さ
せ、得られた共重合体を再沈澱法により精製した。これ
をゲルパーミェーションクロマトグラフィー(GPC)−
光散乱法で、その分子量を測定したところ、その分子量
は352000で、その重合率は94.6%であった。
この共重合体の5重量%シクロヘキサノン溶液を作り、
回転塗布法により0.5μm厚の熱酸化シリコン層上に塗
布して、0.61μmの膜厚の共重合体(レジスト)膜を得
た。これを実施例1と同様に、プリベーク・電子線照射
・現像・リンス・ポストベークを行ない、RIEによるエ
ッチングの結果、0.4μmの直線状のシャープなパター
ンがSEMにより確認された。
〔実施例7〕 アニオン重合抑制剤(SO2)をそれぞれ50ppm含むα−シ
アノアクリル酸n−ヘプチル0.4モルとニトロエチレン
0.1モルを800mlのアセトン中に混合し、十分にかきまぜ
ながら、室温でアニオン重合開始剤(チオ尿素)の5×
104モル/100mlアセトン溶液を系内の温度を室温に保
ち、除々に加えて反応させた。
得られた共重合体を系外に取り出して、再沈澱法により
精製を行なった後、これをゲルパーミェーションクロマ
トグラフィー(GPC)−光散乱法で、その分子量を測定
したところ、その分子量は491000で、その重合率は97.1
%であった。
この共重合体の5重量%シクロヘキサノン溶液を作り、
回転塗布法により0.5μm厚の酸化シリコン層上に塗布
して、0.53μmの膜厚の共重合体(レジスト)膜を得
た。これを実施例1と同様に、プリベーク・電子線照射
・現像・リンス・ポストベークを行ない、RIEによるエ
ッチングの結果、0.4μmの直線状のシャープなパター
ンがSEMにより確認された。
<効果> 本発明によれば、従来のPMMAレジストに比べ、約1/100
程度の放射線照射量で足りる極めて高感度なレジストで
あり、しかも線幅0.5μm以下の高解像度を保つことが
でき、例えば16メガビットDRAM以降の半導体大規模集積
回路製造の際のX線リソグラフィーに有効であり、その
優れた画像特性は加工精度の大幅な向上と広いラティチ
ュードの回路設計が可能となるばかりでなく、優れた感
度特性は高い生産性とコスト削減に大きな効果をもたら
すものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (式中、RはC1〜C5を除くアルキル基、シクロアルキル
    基、ハロゲン化アルキル基)で表されるα−シアノアク
    リル酸エステルの単独重合体もしくはこのモノマー群の
    2種以上よりなる共重合体、又はこのモノマー群と、 (ただし、式中のXは、CH3、Cl、F、Br、I、COOR、N
    O2、YはH、COORで、Rはアルキル基、ハロゲン化アル
    キル基)で表されるモノマー群のなかの1種以上よりな
    る共重合体を主成分とした高感度放射線感応性レジス
    ト。
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