JP2961947B2 - ポジ型レジスト組成物 - Google Patents

ポジ型レジスト組成物

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JP2961947B2
JP2961947B2 JP12012191A JP12012191A JP2961947B2 JP 2961947 B2 JP2961947 B2 JP 2961947B2 JP 12012191 A JP12012191 A JP 12012191A JP 12012191 A JP12012191 A JP 12012191A JP 2961947 B2 JP2961947 B2 JP 2961947B2
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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、感度、残膜率及び耐熱
性に優れたポジ型レジスト組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】キノンジアジド基を有する化合物を感放
射線剤として含有するレジスト組成物は、500nm以下
の波長の光照射により、キノンジアジド基が分解してカ
ルボキシル基を生じ、アルカリ不溶の状態からアルカリ
可溶性になることを利用して、ポジ型レジストとして用
いられる。このポジ型レジストは、ネガ型レジストに比
べて解像力に優れるという特長を有し、ICやLSIな
どの集積回路の製作に利用されている。
【0003】近年集積回路については高集積化に伴う微
細化が進み、今やサブミクロンのパターン形成が要求さ
れるに至っている。そこで、従来集積回路の形成に用い
られてきたマスク密着方式は2μm が限界といわれてい
るが、これに代わって、縮小投影露光方式が注目されて
いる。この方式は、マスターマスク(レチクル)のパタ
ーンをレンズ系により縮小投影して露光する方式であ
り、解像力はサブミクロンまで可能といわれている。し
かしながら、縮小投影露光方式では分割繰り返し露光と
なるため、ウェハー1枚当たりの露光トータル時間が長
くなるという問題がある。
【0004】これを解決する方法としては、装置の改良
もさることながら、用いるレジストの高感度化が最も重
要である。レジストの高感度化のためには例えば、その
成分であるアルカリ可溶性樹脂の分子量を下げるという
方法がある。しかし、一般的にアルカリ可溶性樹脂の分
子量が小さくなると、レジストの耐熱性が悪くなる。ま
た別の高感度化の手段として、アルカリ可溶性樹脂のモ
ノマーを選択することにより、アルカリ現像液に対する
溶解速度を大きくし、レジストの高感度化を図ることも
考えられる。例えば、ノボラック樹脂において、メタク
レゾールやフェノール等、アルカリ現像液に対する溶解
性の高いモノマーの比率を上げると、樹脂のアルカリ現
像液に対する溶解速度を大きくなる。しかし、この方法
で耐熱性を下げずに、すなわちアルカリ可溶性樹脂の分
子量を下げずに、高感度化を達成しても、一般的に残膜
率が小さくなり、解像度が著しく低下してしまう。この
ように、一般に感度と耐熱性及び残膜率とは相反する傾
向にあり、一方を改良しようとすると他方が悪化してし
まうといった不都合を生じるのが普通であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、感度
及び残膜率を損なうことなく、耐熱性に優れたポジ型レ
ジスト組成物を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討の
結果、特定のフェノール性水酸基を有する化合物とアル
デヒド類とを縮合させて得られるノボラック樹脂をポジ
型レジスト組成物のアルカリ可溶性樹脂として用いたと
ころ、感度及び残膜率を損なわずに、著しく耐熱性を向
上させうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0007】すなわち本発明は、感放射線性化合物及び
アルカリ可溶性樹脂を含有し、そのアルカリ可溶性樹脂
が、下記一般式(I)
【0008】
【化2】
【0009】(式中、R1 〜R9 はそれぞれ独立にアル
キル基、水素原子、ハロゲン原子又は−OH基を表す
が、R1 〜R9 の少なくとも1つは−OH基であり、そ
の−OH基に対してo位及びp位のうち少なくとも2つ
が水素原子である)で示される化合物とアルデヒド類と
を縮合させて得られるノボラック樹脂を含有するポジ型
レジスト組成物を提供するものである。
【0010】以下、本発明のポジ型レジスト組成物につ
いてさらに詳しく説明する。本発明に用いられるノボラ
ック樹脂は、前記一般式(I)の化合物をアルデヒド類
と縮合させることにより得られる。一般式(I)の化合
物は、m−イソプロペニルフェノール又はその核置換
体、p−イソプロペニルフェノール又はその核置換体、
及びそれらの線状二量体のうち1種又は2種を用いて、
米国特許第 3,288,864号明細書に記載の方法で合成する
ことができる。一般式(I)中、R1 〜R9 で表される
アルキル基としては、例えば、直鎖の又は分岐した炭素
数1〜7のものが挙げられ、なかでもメチル基又はエチ
ル基が好ましい。またハロゲン原子としては、フッ素、
塩素、臭素及びヨウ素が挙げられる。
【0011】一般式(I)の化合物として、具体的には
次のようなものが例示され、ノボラック樹脂の製造にあ
たっては、これらをそれぞれ単独で、又は混合して用い
ることができる。
【0012】
【化3】
【0013】一般式(I)で示される化合物との縮合反
応に用いられるアルデヒド類としては、例えば、ホルム
アルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒ
ド、プロピルアルデヒド、ベンズアルデヒド、フェニル
アセトアルデヒド、α−フェニルプロピルアルデヒド、
β−フェニルプロピルアルデヒド、o−ヒドロキシベン
ズアルデヒド、m−ヒドロキシベンズアルデヒド、p−
ヒドロキシベンズアルデヒド、グルタルアルデヒド、グ
リオキサール、o−メチルベンズアルデヒド、p−メチ
ルベンズアルデヒド等が挙げられる。これらのうち、特
にホルムアルデヒドが、工業的に入手しやすいという点
で好ましい。これらのアルデヒド類はそれぞれ単独で、
又は2種以上混合して使用することができる。
【0014】一般式(I)の化合物とアルデヒド類との
縮合反応は、常法に従って行うことができる。この縮合
反応は通常、酸触媒の存在下、60〜120℃で2〜3
0時間行われる。酸触媒としては、有機酸、無機酸、二
価金属塩等が用いられる。触媒の具体例としては、シュ
ウ酸、塩酸、硫酸、過塩素酸、p−トルエンスルホン
酸、トリクロル酢酸、リン酸、蟻酸、酢酸亜鉛、酢酸マ
グネシウム等が挙げられる。また、反応はバルクで行っ
ても、適当な溶剤を用いて行ってもよい。
【0015】こうして得られるノボラック樹脂は、ゲル
パーミュエーションクロマトグラフ法(以下GPCとい
う)により求めたポリスチレン換算重量平均分子量(M
w )が 2,000〜50,000の範囲にあるのが適当であり、よ
り好ましくは 3,000〜30,000の範囲である。本発明のレ
ジスト組成物は、一般式(I)の化合物とアルデヒド類
とを縮合させて得られるノボラック樹脂をアルカリ可溶
性樹脂として含有することを必須とするが、他のアルカ
リ可溶性樹脂、例えば一般式(I)以外のフェノール化
合物とアルデヒド類とを縮合させて得られるノボラック
樹脂を混合して用いることは、もちろん差し支えない。
【0016】レジスト組成物のもう一つの成分である感
放射線性化合物としては、キノンジアジド化合物等が用
いられる。このキノンジアジド化合物は、公知の方法、
例えば、ナフトキノンジアジドスルホン酸ハロゲン化物
やベンゾキノンジアジドスルホン酸ハロゲン化物とヒド
ロキシル基を有する化合物とを、弱アルカリの存在下で
縮合させることにより得られる。
【0017】ここで用いるヒドロキシル基を有する化合
物の例としては、ハイドロキノン、レゾルシン、フロロ
グルシン、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン等のほ
か、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,
2′,3−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,2′,
4−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,2′,5−ト
リヒドロキシベンゾフェノン、 2,3,3′−トリヒ
ドロキシベンゾフェノン、2,3,4′−トリヒドロキ
シベンゾフェノン、2,3′,4−トリヒドロキシベン
ゾフェノン、2,3′,5−トリヒドロキシベンゾフェ
ノン、2,4,4′−トリヒドロキシベンゾフェノン、
2,4′,5−トリヒドロキシベンゾフェノン、2′,
3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン、3,3′,4
−トリヒドロキシベンゾフェノン、3,4,4′−トリ
ヒドロキシベンゾフェノンなどのトリヒドロキシベンゾ
フェノン類、 2,3,3′,4−テトラヒドロキシベ
ンゾフェノン、2,3,4,4′−テトラヒドロキシベ
ンゾフェノン、2,2′,4,4′−テトラヒドロキシ
ベンゾフェノン、2,2′,3,4−テトラヒドロキシ
ベンゾフェノン、2,2′,3,4′−テトラヒドロキ
シベンゾフェノン、2,2′,5,5′−テトラヒドロ
キシベンゾフェノン、2,3′,4′,5−テトラヒド
ロキシベンゾフェノン、2,3′,5,5′−テトラヒ
ドロキシベンゾフェノンなどのテトラヒドロキシベンゾ
フェノン類、2,2′,3,4,4′−ペンタヒドロキ
シベンゾフェノン、2,2′,3,4,5′−ペンタヒ
ドロキシベンゾフェノン、 2,2′,3,3′,4−
ペンタヒドロキシベンゾフェノン、2,3,3′,4,
5′−ペンタヒドロキシベンゾフェノンなどのペンタヒ
ドロキシベンゾフェノン類、2,3,3′,4,4′,
5′−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン、2,2′,
3,3′,4,5′−ヘキサヒドロキシベンゾフェノン
などのヘキサヒドロキシベンゾフェノン類、式
【0018】
【化4】
【0019】(式中、qは0以上4以下の数を表し、r
は1以上5以下の数を表し、q+rは2以上であり、R
10、R11及びR12はそれぞれ独立に水素原子、アルキル
基、アルケニル基、シクロヘキシル基又はアリール基を
表す)で示されるオキシフラバン類、没食子酸アルキル
エステル等が挙げられる。
【0020】ポジ型レジスト液の調製は、感放射線性化
合物とアルカリ可溶性樹脂を溶剤に混合溶解することに
より行われる。アルカリ可溶性樹脂とキノンジアジド化
合物との割合は、重量比で1:1〜6:1の範囲が好ま
しい。
【0021】また用いる溶剤は、適当な乾燥速度を有
し、溶剤が蒸発して均一で平滑な塗膜を与えるものがよ
い。このような溶剤としては、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、エチルセロソル
ブ、メチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチ
ルエーテルアセテート、酢酸ブチル、メチルイソブチル
ケトン、キシレン、乳酸エチル、プロピレングリコール
モノエチルエーテルアセテート等が挙げられる。溶剤量
は、例えばエチルセロソルブアセテートを溶剤とした場
合、その溶剤を含む組成物全体の量に対し、30〜80
重量%程度である。以上のようにして得られたレジスト
組成物には、さらに必要に応じて、付加物として少量の
樹脂や染料等が添加されていてもよい。
【0022】
【実施例】次に実施例を挙げて、本発明をさらに具体的
に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限
定されるものではない。例中にある%及び部は、重量基
準である。
【0023】合成例1 内容積300mlの四ツ口フラスコに、下式(1)
【0024】
【化5】
【0025】の化合物(p−OSTサイクリックダイマ
ー、三井東圧化学社製)を53.6g、エチルセロソルブ
アセテートを50.4g、及び5%シュウ酸水溶液を6.0
8g仕込んで80℃に昇温し、攪拌しながら、滴下ロー
トより37%ホルマリン13.0gを60分で滴下した。
引き続き110℃で10時間攪拌した後、中和、水洗、
脱水して、ノボラック樹脂のエチルセロソルブアセテー
ト溶液を得た。この樹脂をノボラック樹脂Aとする。G
PCで測定したノボラック樹脂Aの重量平均分子量(ポ
リスチレン換算)は、5,500 であった。
【0026】実施例及び比較例 合成例1で得られたノボラック樹脂A並びに、比較のた
め以下に示すノボラック樹脂B及びCを用い、さらに感
放射線性化合物として以下に示すキノンジアジド化合物
を用い、レジスト組成物を調製して評価した例を示す。
【0027】ノボラック樹脂B: メタクレゾール/パ
ラクレゾール=70/30、クレゾール/ホルマリン=
1/0.8のモル比で、シュウ酸触媒を用い、還流下で反
応させることにより得られた、重量平均分子量 12,000
(ポリスチレン換算)のノボラック樹脂。 ノボラック樹脂C: メタクレゾール/パラクレゾール
=60/40、クレゾール/ホルマリン=1/0.8のモ
ル比で、シュウ酸触媒を用い、還流下で反応させること
により得られた、重量平均分子量 7,000(ポリスチレン
換算)のノボラック樹脂。 キノンジアジド化合物: 下式のフェノール化合物
(2,4,4−トリメチル−2′,4′,7−トリヒド
ロキシフラバン)とナフトキノン−(1,2)−ジアジ
ド−(2)−5−スルホン酸クロリドとの反応モル比
1:2.4の縮合物。
【0028】
【化6】
【0029】ノボラック樹脂及びキノンジアジド化合物
を表1に示す組成で、エチルセロソルブアセテート48
部に溶解した。この溶液を0.2μm のテフロン製フィル
ターで濾過することにより、レジスト液を調製した。こ
れを、常法により洗浄したシリコンウェハーに、回転塗
布機を用いて1.3μm 厚に塗布した。次にこのシリコン
ウェハーを、100℃のホットプレートで60秒間ベー
クした。次いでこのウェハーに、436nm(g線)の露
光波長を有する縮小投影露光機(ニコン社製のNSR 1505
G3C、NA=0.42 )を用い、露光量を段階的に変化させて
露光した。これを住友化学工業社製の現像液SOPDで
1分間現像することにより、ポジ型パターンを得た。
【0030】そして、露光量に対するレジストの残膜厚
をプロットし、レジストの膜厚が0となるのに必要な最
小露光量を感度とした。また、露光前の膜厚と現像後に
パターンとして残った部分の膜厚とから残膜率を求め
た。さらに、レジストパターンが形成されたウェハーを
ダイレクトホットプレートで3分間所定温度で加熱後、
3μm のライアンドスペースパターンの熱変形の有無を
走査型電子顕微鏡で観察し、このラインアンドスペース
パターンが熱変形を始める温度で耐熱性を評価した。結
果を、レジストの組成とともに表1に示す。
【0031】
【表1】
【0032】
【発明の効果】本発明のポジ型レジスト組成物は、感
度、耐熱性及び残膜率に優れている。この組成物は、g
線露光やi線露光だけでなく、KrFエキシマーレーザ
ー露光にも用いることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−289947(JP,A) 特開 昭61−97278(JP,A) 特開 昭62−24241(JP,A) 特開 平4−230754(JP,A) 特開 平3−279959(JP,A) 特開 平3−215862(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G03F 7/023 511 C08L 61/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式(I 【化1】 (式中、R1 〜R9 はそれぞれ独立にアルキル基、水素
    原子、ハロゲン原子又は−OH基を表すが、R1 〜R9
    の少なくとも1つは−OH基であり、該−OH基に対し
    てo位及びp位のうち少なくとも2つが水素原子であ
    る)で示される化合物とアルデヒド類とを縮合させて得
    られるノボラック樹脂、及び感放射線性化合物を含有す
    ることを特徴とするポジ型レジスト組成物。
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