JP2000131835A - ポジ型ホトレジスト組成物 - Google Patents
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Abstract
く、感度、解像性に優れるとともに、残膜率の高い矩形
に近いレジストパターンを形成し得るポジ型ホトレジス
ト組成物の提供。 【解決手段】 (a)少なくともp−クレゾールを含む
フェノール類を酸触媒下アルデヒド類と反応させて得ら
れる非ハイオルソ型のクレゾールノボラック樹脂および
(b)キノンジアジド基含有化合物を含有してなるポジ
型ホトレジスト組成物において、(a)成分中のp−ク
レゾールの2核体含有量がGPC(ゲル・パーミエーシ
ョン・クロマトグラフィー)法において2.0重量%未
満であることを特徴とするポジ型ホトレジスト組成物。
Description
(THIN FILM TRANSISTOR)などの
液晶素子製造に好適に使用されるポジ型ホトレジスト組
成物に関する。
表示素子を製造する際の耐エッチング保護膜として、広
く用いられている。近年、とくに液晶素子製造のリソグ
ラフィーにおいては、レジストパターンと基板との密着
性を向上させるために、またレジストパターンの残膜率
を向上させるために、プレベークやポストベークを高温
(例えば、130℃以上)で施すようになってきてい
る。同時に、近年ウエットエッチングからドライエッチ
ングが主流に用いられるようになりつつあるが、このよ
うな高温ベークは耐ドライエッチング性が向上するとい
う点でも、頻繁に施されるようになってきている。しか
しながら、レジスト膜をプレベークまたはポストベーク
し、レジスト膜中のある成分が昇華すると、ベーク炉天
板や周辺装置に昇華物が付着し、これが歩留まりを下げ
てしまうという問題が生じる。この問題は、基板に大型
のガラス角基板(例えば、360mm×460mm、550
mm×650mm、600mm×720mmなど)が使用される
液晶素子の製造において顕著となる。すなわち、このよ
うな大きな面積を有する基板を使用すると、1回当たり
のレジスト組成物の使用量が多く、より多量の昇華物が
発生するからである。従って、昇華物の発生しにくいポ
ジ型ホトレジスト組成物が強く要望されている。
は、高温ベークに施されても昇華物が発生しにくいポジ
型ホトレジスト組成物の提供にある。さらに感度、解像
性に優れるとともに、残膜率の高い矩形に近いレジスト
パターンを形成し得るポジ型ホトレジスト組成物の提供
も本発明の目的である。
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、昇華物はアルカリ
可溶性樹脂中のp−クレゾールの2核体であることを初
めて見いだし、本発明を完成することができた。すなわ
ち本発明は、(a)少なくともp−クレゾールを含むフ
ェノール類を酸触媒下アルデヒド類と反応させて得られ
る非ハイオルソ型のクレゾールノボラック樹脂および
(b)キノンジアジド基含有化合物を含有してなるポジ
型ホトレジスト組成物において、(a)成分中のp−ク
レゾールの2核体含有量がGPC(ゲル・パーミエーシ
ョン・クロマトグラフィー)法において2.0%未満で
あることを特徴とするポジ型ホトレジスト組成物を提供
するものである。また本発明は、(a)成分におけるフ
ェノール類がp−クレゾールと、m−クレゾールおよび
キシレノールから選ばれる少なくとも1種との混合物で
ある前記のポジ型ホトレジスト組成物を提供するもので
ある。さらに本発明は、(a)成分におけるフェノール
類がm−クレゾール30〜60モル%とp−クレゾール
40〜70モル%の混合クレゾールである前記のポジ型
ホトレジスト組成物を提供するものである。さらにまた
本発明は、さらに(c)成分として、下記一般式(I)
で表されるフェノール性化合物の少なくとも一つを配合
してなる前記のポジ型ホトレジスト組成物を提供するも
のである。
独立して、炭素数1〜4の低級アルキル基である) また本発明は、前記の組成物からなる液晶素子製造用ポ
ジ型ホトレジスト組成物を提供するものである。
なくともp−クレゾールを含むフェノール類を酸触媒下
アルデヒド類と反応させて得られる非ハイオルソ型のク
レゾールノボラック樹脂である。
レゾールを含む限りとくに制限されないが、感度、解像
性、レジストパターン形状を考慮すると、p−クレゾー
ルと、m−クレゾールおよびキシレノールから選ばれる
少なくとも1種との混合物であるのが好ましい。さらに
好ましくは、(a)成分におけるフェノール類は、m−
クレゾール30〜60モル%とp−クレゾール40〜7
0モル%の混合クレゾールであるのがよい。なお、キシ
レノールとしては、2,5−キシレノール、3,5−キシ
レノール等が挙げられる。その他、ノボラック樹脂のフ
ェノール性モノマーとして公知のものを(a)成分にお
けるフェノール類として配合可能である。そのようなフ
ェノール性モノマーとしては、フェノールや、2,3,
5−トリメチルフェノール、3,4,5−トリメチルフ
ェノールなどのトリメチルフェノール等が挙げられる。
が、例えばホルムアルデヒド、クロトンアルデヒド、サ
リチルアルデヒド等が挙げられる。中でもホルムアルデ
ヒドを用いて得られた樹脂が安価で容易に入手でき好ま
しい。
ュウ酸、p−トルエンスルホン酸、酢酸などが挙げられ
る。中でもシュウ酸を用いて得られた樹脂が安価で容易
に入手でき好ましい。
2核体(以下単に「2核体」と称する)含有量がGPC
法において2.0%未満としたことに特徴を有する。2
核体は、好ましくは1.0%以下がよい。2核体が少な
いほど昇華物が低減できることから、下限は当然0に近
い程好ましい。
nmにおけるクロマトグラム上での存在割合である。本
明細書においては、2核体の含有量は具体的には次のG
PCシステムを用いて測定した。 装置名:SYSTEM 11(昭和電工社製) プレカラム:KF−G カラム:KF−802 検出器:UV41(280nmで測定) 溶媒等:流量1.0ml/分でテトラヒドロフランを流
し、35℃にて測定。
えば水蒸気蒸留を行うことによって達成される。具体的
には、例えば反応装置にフェノール類、アルデヒド類お
よび酸触媒を仕込んで混合液を調製し、90〜110℃
で150〜190分還流させた後、90〜190分間常
圧で脱水反応し、次いで80〜250分間減圧下で脱水
反応させる。続いて水蒸気蒸留を220〜230℃で7
〜10時間施し2核体のみを除去し、同温度で2〜4時
間熟成した後、次いで目的とする重量平均分子量、例え
ば2000以上、好ましくは3000〜15,000に
するため、90〜110℃で3〜5時間反応させること
により得られる。この熟成後の反応においては必要に応
じ反応系に再度アルデヒド類を添加し反応させてもよ
い。このようにして、得られるノボラック樹脂はハイオ
ルソ型ではなく、(a)成分中のp−クレゾールの2核
体含有量がGPC法において2.0%未満である。この
ようにして得られた2核体含有量が2.0%未満の樹脂
成分は、重量平均分子量が異なるものを必要に応じて2
種以上混合して用いてもよい。
分の粘度が高くなり、反応釜から得られた樹脂を取り出
しにくくなるので、酢酸ブチル、エチレングリコールモ
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、プロピレングリコールの
モノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピ
ルエーテルおよびモノブチルエーテル、乳酸エチル、メ
チルメトキシプロピオネート、エチルエトキシプロピオ
ネート、ピルビン酸エチル、2−ヘプタノンなどのレジ
スト溶剤として用いられる有機溶剤を水蒸気蒸留中混合
した方が好ましい。これらの有機溶剤は、後にレジスト
組成物に配合されるので、この段階で加えておけば低コ
スト化につながる。
低分子量域を除去する方法は一般的に行われている。例
えば特開平3−230164号公報では、貧溶媒やこれ
と良溶媒を組み合わせたりしてノボラック樹脂中の低分
子量成分を除去している。しかしながら、このような単
なる分別処理では本発明の目的とする2核体含有量2%
未満は到底達成され得ない。このような分別処理では、
昇華物の原因となる2核体含有量を低減すればするほ
ど、得られる樹脂の収率が低下してしまい、解像性、残
膜率、耐ドライエッチング性が劣化するという問題があ
る。なお該公報には、ダイマー含有量を10重量%以下
のノボラック樹脂の使用を記載しているが、該公報の実
施例をみても、ダイマー量は最も低いもので3.4重量
%である。また、特開平4−251257号公報および
特開平4−296755号公報には、ダイマー含有量が
2〜6%のノボラック樹脂を用いたポジ型ホトレジスト
が開示されている。しかしながら、両公報のダイマー除
去方法は、10mmHg以下の圧力で減圧留去を行うも
のであり、このような操作では本発明の目的とする2核
体含有量2%未満は到底達成され得ない。また、とくに
4−251257号公報は、ダイマー含有量が2重量%
未満では感度、解像性の低下、シリコン基板との密着性
が低下すると教示し、この技術的思想は本発明とは全く
異なる点である。さらに特開平7−110576号公報
には、1H−NMRスペクトルにより求めた核間メチレ
ン結合のオルソ結合/パラ結合の比率が1.1以上であ
り、かつGPCにより求めた2核体成分の含有量が8%
以下であるハイオルソ型のホトレジスト用フェノール樹
脂が開示されている。なお、該公報において2核体の除
去として水蒸気蒸留法が記載され、その表1中には2核
体含有量が1.5%のノボラック樹脂が記載されてい
る。ハイオルソ型ノボラック樹脂は、通常の2価金属有
機酸塩を触媒とする方法、あるいは特開平4−2023
12号公報における非金属の無機酸あるいは有機酸を触
媒とする方法で合成される。具体的には、2価金属有機
酸塩を触媒として用いる場合、反応装置にフェノール
類、アルデヒド類及び触媒を仕込んで混合液のpHが4
〜7となるように調整し、還流下で2〜10時間一次反
応させた後、必要に応じて中和水洗を行い、反応混合液
から減圧下低温で水を除去し、縮合水を除去しながら1
20〜130℃で1〜5時間二次反応させることにより
得られる。しかしながら、該公報はハイオルソタイプの
ノボラック樹脂であるし、p−クレゾールの2核体つい
ては言及されていない。ハイオルソ型のノボラック樹脂
を用いたポジ型ホトレジストでは膜減りが大きく残膜率
が低くなり矩形に近いレジストパターンを形成できない
ので、これらは本発明とは異なる点である。本発明で
は、該公報のようなハイオルソ型ノボラック樹脂ではな
く、通常のノボラック樹脂を得るための製造条件によっ
て(a)成分得られる。
ジド基含有化合物である。キノンジアジド基含有化合物
は、これまでポジ型ホトレジストの感光性成分として知
られているキノンジアジド基を有する化合物であれば、
とくに限定されない。そのような化合物は、例えば、ナ
フトキノン−1,2−ジアジド−(4または5)スルホ
ニルハライドと、2,3,4−トリ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
ェノンなどのポリヒドロキシベンゾフェノン;ビス(4
−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−2−ヒド
ロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5
−ジメチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタ
ン、ビス(4−ヒドロキシ−2,3,5−トリメチルフェ
ニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒ
ドロキシ−2,3,5−トリメチルフェニル)−3−ヒド
ロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,3,
5−トリメチルフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメ
タン、ビス(4−ヒドロキシ−2−メチル−5−シクロ
ヘキシルフェニル)−3,4−ヒドロキシフェニルメタ
ン、ビス(4−ヒドロキシ−2−メチル−5−シクロヘ
キシルフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメタン、1
−〔1−(4−ヒドロキシフェニル)イソプロピル〕−
4−〔1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エチ
ル〕ベンゼンなどのトリスフェノール類;とを縮合反応
させ、完全エステル化または部分エステル化することに
よって製造することができる。
合量は、(a)成分と下記(c)成分との合計量に対し
10〜50重量%、好ましくは20〜40重量%の範囲
で選ぶのが好ましい。
(b)成分に加えて、解像度、感度及び残膜率を向上さ
せるため上記一般式(1)で表されるフェノール性化合
物を加えるとより好ましい。
でもビス(4−ヒドロキシ−2,3,5トリメチルフェ
ニル)−2−ヒドロキシフェニルメタンが残膜率が高く
なり最も好ましい。これらのフェノール性化合物は
(a)成分100重量部に対し、5〜50重量部、好ま
しくは10〜40重量部の範囲で加えればよい。
て、相容性のある添加物、例えばハレーション防止のた
めの紫外線吸収剤、例えば2,2',4,4'−テトラヒ
ドロキシベンゾフェノン、4−ジメチルアミノ−2',
4'−ジヒドロキシベンゾフェノン、5−アミノ−3−
メチル−1−フェニル−4−(4−ヒドロキシフェニル
アゾ)ピラゾール、4−ジメチルアミノ−4'−ヒドロ
キシアゾベンゼン、4−ジエチルアミノ−4'−エトキ
シアゾベンゼン、4−ジエチルアミノアゾベンゼン、ク
ルクミン等や、またストリエーション防止のための界面
活性剤、例えばフロラードFC−430、FC431
(商品名、住友3M(株)製)、エフトップEF122
A、EF122B、EF122C、EF126(商品
名、トーケムプロダクツ(株)製)等のフッ素系界面活
性剤などを本発明の目的に支障のない範囲で添加含有さ
せることができる。
(c)成分、さらに必要に応じて各種添加成分を、適当
な溶剤に溶解して溶液の形で用いるのが好ましいこのよ
うな溶剤の例としては、従来のポジ型ホトレジスト組成
物に用いられる溶剤を挙げることができ、例えばアセト
ン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイ
ソアミルケトン、2−ヘプタノン等のケトン類;エチレ
ングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリ
コール、エチレングリコールモノアセテート、プロピレ
ングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモ
ノアセテート、あるいはこれらのモノメチルエーテル、
モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチ
ルエーテルまたはモノフェニルエーテル等の多価アルコ
ール類およびその誘導体;ジオキサンのような環式エー
テル類;および乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、
酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メ
トキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチ
ル等のエステル類を挙げることができる。これらは単独
で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
とくにアセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノ
ン、メチルイソアミルケトン、2−ヘプタノン等のケト
ン類;乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチ
ル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキシプ
ロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル等のエ
ステル類が好ましい。
一例を示すと、まず、ガラス角基板上に、(A)〜
(C)成分、および必要に応じて用いられる添加成分を
前記したような適当な溶剤に溶かした溶液をスピンナー
等で塗布し、乾燥して感光層を形成させ、次いで紫外線
を発光する光源、例えば低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高
圧水銀灯、キセノンランプ等を用い、所望のマスクパタ
ーンを介して露光するか、あるいは電子線を走査しなが
ら照射する。次にこれを現像液、例えば1〜10重量%
テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水
溶液のようなアルカリ性水溶液を基板中心付近の上部に
設置された現像液滴下ノズルより、基板中心付近に滴下
し、基板表面全体に現像液を行き渡らせる。そして50
〜60秒間程度静置した後、基板をスピンナーで回転さ
せ、現像液を除去すると、露光部が溶解除去されてマス
クパターンに忠実な画像を得ることができる。
らに説明する。 参考例1 m−クレゾール36モル%とp−クレゾール64モル%
の混合物にシュウ酸とホルムアルデヒドを加え縮合反応
し、反応途中で酢酸ブチルを加え水蒸気蒸留し、次いで
ホルムアルデヒドを再度加え反応させて得られた重量平
均分子量4000のクレゾールノボラック樹脂(住友デ
ュレズ社製TO−359)を下記の装置と条件でGPC
を測定したところ、p−クレゾールの2核体の含有量は
1.9%であった。
し、35℃にて測定。
の混合物にシュウ酸とホルムアルデヒドを加え縮合反応
することによって得られた重量平均分子量3500のク
レゾールノボラック樹脂(住友デュレズ社製TO−15
1)を参考例1と同様にしてGPCを測定したところ、
p−クレゾールの2核体の含有量は10%であった。
タノール溶液とした。これを水50g中に注下して得ら
れた析出物を脱水、乾燥することに重量平均分子量40
00の樹脂を得た。この樹脂のGPCを参考例1と同様
に測定したところ、p−クレゾールの2核体の含有量は
5%であった。
の混合物にシュウ酸とホルムアルデヒドを加え縮合反応
し、反応途中でプロピレングリコールモノメチルエーテ
ルアセテートを加え水蒸気蒸留し、次いでホルムアルデ
ヒドを再度加え反応させて得られた重量平均分子量54
00のクレゾールノボラック樹脂(住友デュレズ社製T
O−360)を参考例1と同様の条件でGPCを測定し
たところ、p−クレゾールの2核体の含有量は0.9%
であった。
5モル%の混合物にシュウ酸とホルムアルデヒドを加え
縮合反応し、反応途中でプロピレングリコールモノメチ
ルエーテルアセテートを加え水蒸気蒸留し、次いでホル
ムアルデヒドを再度加え反応させて得られた重量平均分
子量10000のクレゾールノボラック樹脂(住友デュ
レズ社製TO−347)を参考例1と同様の条件でGP
Cを測定したところ、p−クレゾールの2核体の含有量
は0.82%であった。
とナフトキノン−1,2−ジアジド−5−スルホニルク
ロライド2.3モルとのエステル化物 23重量部 (c)成分 ビス(4−ヒドロキシ−2,3,5−トリメチルフェニ
ル)−2−ヒドロキシフェニルメタン 5重量部 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
640重量部に溶解し、ポジ型ホトレジスト組成物を調
製した。調製したポジ型ホトレジスト組成物をCr膜が
形成されたガラス基板(360mm×460mm)上に膜厚
2.0μmになるようにスピンナー塗布したのち、ホッ
トプレートの温度を130℃とし、基板の裏面とホット
プレートとの間が約1mmになるように両者を設置し、
60秒間第1回目の乾燥を行い、次いでホットプレート
上に基板の裏面が直接接触するように配置して110℃
で60秒間第2回目の乾燥を施し塗膜を得た。次いでテ
ストチャートマスクを介してミラープロジェクション・
アライナーMPA−600FA(キヤノン社製)を用い
て露光した。次いで、2.38重量%テトラメチルアン
モニウムヒドロキシド水溶液中に65秒間浸せきするこ
とにより、露光部分を除去し、Cr膜上に3.0μmの
レジストパターンを形成した。このようにして得られた
レジストパターンの感度は25mJ/cm2であり、矩
形のレジストパターンが得られた。一方、昇華物の発生
の有無を見る強制試験として、上記ホトレジスト組成物
を上記ガラス基板上に膜厚2.0μmになるようにスピ
ンナー塗布したのち、ホットプレート上に基板の裏面が
直接接触するように設置し、ホットプレート温度160
℃で5分間基板を加熱した。この塗布、加熱処理を10
枚のガラス基板について繰り返し行い、基板から約30
cm上方にある天板に昇華物の付着を確認したところ、
昇華物は発生していなかった。
脂を参考例2のノボラック樹脂に変え、昇華物の発生の
有無を見る同様な試験をしたところ、天板に昇華物の付
着が確認された。
脂を参考例3のノボラック樹脂に変え、昇華物の発生の
発生を見る同様な試験をしたところ、天板に昇華物の付
着が確認された。
脂を参考例4のノボラック樹脂に変え、実施例1と同様
にしてレジストパターンを形成したところ、3.0μm
のレジストパターンが矩形に近い良好な形状で形成さ
れ、感度は35mJ/cm2であった。昇華物の発生の
発生を見る同様な試験をしたところ、昇華物の発生はな
かった。
脂を参考例5のノボラック樹脂に変え、実施例1と同様
にしてレジストパターンを形成したところ、3.0μm
のレジストパターンが矩形に近い良好な形状で形成さ
れ、感度は50mJ/cm2であった。昇華物の発生の
発生を見る同様な試験をしたところ、昇華物の発生はな
かった。
も昇華物が発生しにくく、感度、解像性に優れるととも
に、残膜率の高い矩形に近いレジストパターンを形成し
得るポジ型ホトレジスト組成物が提供される。
Claims (5)
- 【請求項1】 (a)少なくともp−クレゾールを含む
フェノール類を酸触媒下アルデヒド類と反応させて得ら
れる非ハイオルソ型のクレゾールノボラック樹脂および
(b)キノンジアジド基含有化合物を含有してなるポジ
型ホトレジスト組成物において、(a)成分中のp−ク
レゾールの2核体含有量がGPC(ゲル・パーミエーシ
ョン・クロマトグラフィー)法において2.0%未満で
あることを特徴とするポジ型ホトレジスト組成物。 - 【請求項2】 (a)成分におけるフェノール類がp−
クレゾールと、m−クレゾールおよびキシレノールから
選ばれる少なくとも1種との混合物である請求項1に記
載のポジ型ホトレジスト組成物。 - 【請求項3】 (a)成分におけるフェノール類がm−
クレゾール30〜60モル%とp−クレゾール40〜7
0モル%の混合クレゾールである請求項1または2に記
載のポジ型ホトレジスト組成物。 - 【請求項4】 さらに(c)成分として、下記一般式
(I)で表されるフェノール性化合物の少なくとも一つ
を配合してなる請求項1ないし3のいずれか1項に記載
のポジ型ホトレジスト組成物。 【化1】 (式中、R1、R2およびR3はそれぞれ独立して、炭
素数1〜4の低級アルキル基である) - 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか1項に記載
の組成物からなる液晶素子製造用ポジ型ホトレジスト組
成物。
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