JP2002003562A - フォトレジスト用フェノール樹脂の製造方法 - Google Patents

フォトレジスト用フェノール樹脂の製造方法

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JP2002003562A
JP2002003562A JP2000185898A JP2000185898A JP2002003562A JP 2002003562 A JP2002003562 A JP 2002003562A JP 2000185898 A JP2000185898 A JP 2000185898A JP 2000185898 A JP2000185898 A JP 2000185898A JP 2002003562 A JP2002003562 A JP 2002003562A
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reaction
phenol
resin
xylenol
photoresist
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JP2000185898A
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Hiroshi Nishisako
宏志 西佐古
Osamu Onishi
治 大西
Yasushi Arita
靖 有田
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 2核体成分の少ないフォトレジスト用フェノ
−ル樹脂を提供する。 【解決手段】 2官能性以上のフェノ−ル類(P1)及
びアルデヒド類(A)を塩基性触媒の存在下、pH7−
12で反応(一次反応)させて得た3核体以上の成分%
が60%以下であるレゾ−ル樹脂に、フェノ−ル類(P
2)と酸触媒を添加してpH1−6に調整し、さらに反
応(二次反応)させて得られ、重量平均分子量が、15
00−20000であり、2核体成分が8%以下である
ことを特徴とするフォトレジスト用ノボラック型フェノ
−ル樹脂の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体やLCDな
どを製造する際のリソグラフィ−に使用されるフォトレ
ジストのベ−ス樹脂として使用され、高耐熱性、高残膜
率、高感度なフォトレジストの製造を可能にするフォト
レジスト用ノボラック型フェノ−ル樹脂の製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】一般にポジ型フォトレジストにはナフト
キノンジアジド化合物等のキノンジアジド基を有する感
光剤とアルカリ可溶性樹脂(例えばノボラック型フェノ
−ル樹脂)が用いられている。このような組成からなる
ポジ型フォトレジストは、露光後にアルカリ溶液による
現像によって高い解像力を示し、IC、LSI等の半導
体製造、LCDなどの回路基材の製造に利用されてい
る。またノボラック型フェノ−ル樹脂はプラズマドライ
エッチングに対し、芳香環を多く持つ構造に起因する高
い耐熱性も有しており、これまでノボラック型フェノ−
ル樹脂とナフトキノンジアジド系感光剤とを含有する数
多くのポジ型フォトレジストが開発、実用化され、大き
な成果を挙げてきている。
【0003】ポジ型フォトレジストには、メタ・パラク
レゾ−ルとホルムアルデヒドを酸触媒の存在下で反応さ
せて得られたノボラック型フェノ−ル樹脂が一般に使用
されている。そして、フォトレジストの特性を調整また
は向上させるために、フェノ−ル樹脂中のメタ・パラク
レゾ−ルの比率や分子量、分子量分布などの検討がなさ
れてきた。しかし、メタ・パラクレゾールとホルムアル
デヒドから一般的方法により得られた樹脂を適用したフ
ォトレジストでは、LCD製造において、フォトレジス
ト中のレジン成分が昇華(主に2核体成分)することに
より、生産ラインを汚染し、歩留まり低下を引き起こす
原因となっている。そこで、ベースレジンのフェノール
樹脂の2核体成分の低減要求が非常に高いが、今まで満
足する樹脂は得られなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、LC
D製造における生産ラインの汚染の低減による歩留まり
向上を可能にする2核体成分の少ないフォトレジスト用
フェノ−ル樹脂の製造方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、フェノール樹
脂の2核体成分を低下させる手法として、レゾール化反
応を経由させたノボラック樹脂の合成方法を鋭意研究を
行なった結果として得られたものである。具体的には、
2官能性以上のフェノ−ル類(P1)及びアルデヒド類
(A)を塩基性触媒の存在下、pH7−12で反応(一
次反応)させて得た3核体以上の成分%が60%以下で
あるレゾ−ル樹脂に、フェノ−ル類(P2)と酸触媒を
添加してpH1−6に調整し、さらに反応(二次反応)
させて得られ、重量平均分子量が1500−20000
であり、2核体成分が8%以下であることを特徴とする
フォトレジスト用ノボラック型フェノ−ル樹脂の製造方
法である。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に、本発明について詳細に説
明する。まず、原料について説明する。本発明に用いら
れる2官能性以上のフェノ−ル類(P1)としてはフェ
ノ−ル、メタクレゾ−ル、パラクレゾール、2,3−キ
シレノール、2,5−キシレノール、3,4−キシレノ
ール、3,5−キシレノ−ル、メタエチルフェノ−ル、
ハイドロキノン、カテコ−ル、レゾルシノ−ル、メタク
ロロフェノ−ル、メタフェニルフェノ−ルなどがあげら
れ、アルデヒド類との反応が可能な反応点が2個以上あ
るフェノ−ル類であれば特に限定されることはなく、単
品及び混合使用することができる。実用上、特に好まし
い2官能性以上のフェノ−ル類(P1)としては、メタ
クレゾ−ル、パラクレゾール、フェノ−ルが挙げられ
る。
【0007】本発明に用いられるアルデヒド類として
は、ホルムアルデヒド(ホルマリン)、パラホルムアル
デヒドやアセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、ブチ
ルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、イソバレルアル
デヒド、ヘキシルアルデヒド、オクチルアルデヒドなど
のアルキルアルデヒド類、アクロレイン、クロトンアル
デヒドなどの不飽和アルキルアルデヒド類、サリチルア
ルデヒド、パラヒドロキシベンズアルデヒドなどのヒド
ロキシベンズアルデヒド類、ベンズアルデヒド、フタル
アルデヒドなどの芳香族アルデヒド類、グリオキサ−
ル、グルタルアルデヒドなどのジアルデヒド類があげら
れるが、これらに限定されることはなく、単独及び混合
使用することができる。実用上特に有効なアルデヒド類
としては、ホルムアルデヒド(ホルマリン)、パラホル
ムアルデヒドがあげられる。
【0008】本発明のノボラック化反応(二次反応)で
使用されるフェノ−ル類(P2)としては、フェノ−
ル、オルソクレゾ−ル、メタクレゾ−ル、パラクレゾ−
ル、2,3−キシレノ−ル、2,4−キシレノ−ル、
2,5−キシレノ−ル、2,6−キシレノ−ル、3,4
−キシレノ−ル、3,5−キシレノ−ル、2,3,5−
トリメチルフェノ−ル、2,3,6−トリメチルフェノ
−ル、エチルフェノ−ル、プロピルフェノ−ル、ブチル
フェノ−ル、フェニルフェノ−ル、ハロゲン化フェノ−
ルなどが使用されるが、アルデヒド類及びレゾ−ル型フ
ェノ−ル樹脂のメチロ−ル基と反応する反応点を1個以
上持つフェノ−ル類であれば特に限定されることはな
く、単独又は2種以上を混合使用してもよい。実用上特
に好ましいフェノール類(P2)としては、メタクレゾ
ール、パラクレゾ−ル、キシレノ−ル類、トリメチルフ
ェノ−ル類があげられる。
【0009】一次反応におけるアルデヒド類(A)とフ
ェノ−ル類(P1)のモル比率(A/P1)は0.5−
5.0であり、特に好ましくは0.7−3.5である。
モル比が5.0よりも高い場合は、一次反応後の遊離ア
ルデヒドが多いことなどから、二次反応時のコントロ−
ルが非常に困難になり、場合によってはゲル化してしま
う。モル比が0.5を下回ると2核体成分が多くなって
しまう。また、モル比が0.7−3.5の範囲で特にゲ
ル化は起こりにくく、2核体成分が顕著に低下する。二
次反応時のモル比率(A/P1+P2)は、0.2−
1.5であり、特に好ましくは0.5−1.2である。
モル比が0.2より少ない場合は、分子量が小さすぎ、
2核体成分が多くなる。モル比が1.5より多い場合
は、二次反応時にゲル化がおこり、製造に支障をきたす
ことがある。また、モル比が0.5−1.2の範囲で特
にゲル化は起こりにくく、2核体成分が顕著に低下す
る。
【0010】P1とP2のモル比率(P1/P2)は、
0.1−5.0であり、特に好ましくは0.5−4.0
である。モル比が5.0よりも多くなると分子量が高く
なり、生産に支障をきたすことがある。モル比が0.1
より少なくなると二次反応後の分子量が小さくなり、2
核体成分が増加することになる。また、モル比が0.5
−4.0の範囲で特にゲル化は起こりにくく、2核体成
分が顕著に低下する。
【0011】一次反応時の塩基性触媒としてはトリメチ
ルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミンなどの
三級アミン類、ピリジン、ジメチルアミノピリジン、ピ
ロリジノピリジンなどの芳香族アミン類、ジアザビシク
ロノネン(DBN)、ジアザビシクロウンデセン(DB
U)などの脂環式アミン類を使用することができるが、
特に限定されることなく、レゾール化反応を行うに十分
な塩基性を有していれば使用することができる。製造上
特に有効なものは、三級アミン類であり、実用上トリエ
チルアミン、トリブチルアミンが最も好ましい。使用量
については、特に限定されることはないが、系内のpH
が7−12程度になる量であれば良い。実用上は、フェ
ノ−ル類に対して5重量%から20重量%が好ましく、
5重量%より少ない場合は反応の進行が遅くなり経済的
な観点から不適切であり、20重量%より多い場合には
反応が速すぎて制御が困難であり、最終的に得られたレ
ジンから塩基性触媒を除去することが難しくなり、フォ
トレジストの特性に悪影響を与える可能性がある。PH
が7未満では、レゾール化反応の進行が遅いため反応効
率が悪く不適切であり、PHが12を越えると反応の進
行が速く制御が困難となる。酸性触媒としては、塩酸、
硫酸、燐酸、ホウ酸などの無機酸類、蓚酸、酢酸、安息
香酸などの有機カルボン酸、パラトルエンスルホン酸な
どの有機酸類があげられ、特に限定されることなく単独
及び混合して使用することができる。好ましくは塩基性
触媒との中和により水洗水に可溶な塩を生じ、モノマ−
除去時に分解、昇華などにより反応系から容易に除去で
きるシュウ酸、酢酸、塩酸の使用が好ましい。使用量に
ついては触媒の種類にもよるが、塩基性触媒を中和し、
反応系内のpHが1−6の範囲になる量を設定すること
が好ましい。PH1未満では、反応が激しく制御が困難
となり、PHが6を越えると2次反応の進行が遅くなり
経済面から不適切である。
【0012】続いて本発明における一次反応終了時の3
核体以上の成分%および重量平均分子量について説明す
る。一次反応終了時の3核体以上の成分%および重量平
均分子量は、ゲルパ−ミエ−ションクロマトグラフィ−
(GPC測定)により算出されたものであり、重量平均
分子量はポリスチレン標準物質を用いて作成した検量線
をもとに計算されたものである。GPC測定はテトラヒ
ドロフランを溶出溶媒として使用し、流量1.0ml/
分、カラム温度40℃の条件で実施した。装置は、本
体:TOSOH製HLC−8020、検出器:波長28
0nmにセットしたTOSOH製UV−8011、分析
用カラム:昭和電工製SHODEX KF−802 1
本、KF−803 1本、KF−805 1本、を使用
した。本発明における一次反応終了時の3核体以上の成
分%は、面積%で60%以下であり、特に好ましくは5
0%以下である。60%を越えると、二次反応時に分子
量が高くなり、場合によってはゲル化してしまう。本発
明におけるフェノ−ル樹脂の重量平均分子量は、150
0−20000で、特に好ましくは2000−1800
0である。1500より小さい場合は、耐熱性を損ね、
場合によってはフォトレジストの塗布が均一にできない
場合がある。20000を越える場合は、耐熱性は良い
ものの感度が低下し実用に向かない。
【0013】さらに、本発明を反応(製造)手順に沿っ
て説明する。反応は、攪拌機、温度計、熱交換機のつい
た反応釜にフェノ−ル類(P1)、アルデヒド類
(A)、塩基性触媒を仕込み一次反応を開始する。反応
温度や時間はモノマ−の反応性、目的とする特性によっ
て適宜設定できるが、安定かつ経済的に製造可能なレベ
ルとして反応時間で0.5−8時間、反応温度で40−
100℃が特に好ましい。反応終了後、フェノール類
(P2)と酸性触媒を添加し、二次反応を行う。二次反
応の反応温度や時間は、製造されるレジンの特性やモノ
マ−の反応性により適宜選択できるが、安定かつ経済的
に製造可能なレベルとして反応時間で1−10時間、反
応温度で50−150℃が特に好ましい。また一次反応
・二次反応時において、必要によって反応溶媒を添加使
用することもでき、特に溶媒の種類は限定されないが、
フェノ−ル樹脂を溶解する溶媒であれば使用できる。一
例をあげるとメチルエチルケトン、メチルイソブチルケ
トンなどのケトン類、ブタノ−ルなどのアルコ−ル類、
エトキシエタノ−ルなどのエ−テルアルコ−ル類などが
上げられる。
【0014】反応終了後、反応のために添加した酸及び
塩基触媒を除去するために、水を加えて水洗を実施する
ことが好ましい。水洗水の量と回数は特に限定されない
が、水洗回数は1−5回程度が残留触媒量と経済的な観
点から特に好ましい。また、水洗温度は特に限定されな
いが、触媒種除去の効率と作業性の観点から40−95
℃で行うのが好ましい。水洗中、樹脂と水洗水の分離が
悪い場合は、レジンの粘度を低下させる溶媒の添加や水
洗温度を上昇させることが効果的である。溶媒種は特に
限定されないが、フェノ−ル樹脂を溶解して粘度を低下
させるものであれば使用することができる。一例をあげ
ると、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチ
ルケトンなどのケトン類、メタノ−ル、エタノ−ル、ブ
タノ−ルなどのアルコ−ル類、エトキシエタノ−ルなど
のエ−テルアルコ−ル類などが上げられる。
【0015】水洗終了後、常圧下及び減圧下で脱水・脱
モノマ−を行い、フォトレジスト用フェノ−ル樹脂を得
ることができる。脱水・脱モノマ−の条件は限定されな
いが、得られたフェノ−ル樹脂の安定性(バラツキ)や
粘度を考慮すると、減圧度は、0.1torrから20
0torr程度で行うのが特に好ましく、反応釜からの
取り出し温度は、150−250℃で行うのが特に好ま
しい。
【0016】
【実施例】以下本発明を実施例により詳細に説明する。
ここに記載されている「部」及び「%」はすべて「重量
部」及び「重量%」を示し、本発明はこれら実施例によ
り何ら制約されるものではない。
【0017】《実施例1》攪拌機、温度計、熱交換機の
ついた5Lの四つ口フラスコにパラクレゾ−ル(P1)
600部、37%のホルマリン(A)1351.4部
(A/P1=3.0)トリエチルアミン60部を仕込
み、pH9.0、反応温度68〜72℃で3時間反応
(一次反応)を行った。一次反応終了時の3核体以上の
成分は25%であった。その後、10%の蓚酸水330
部を添加して中和(pH=5.0)を行ない、メタクレ
ゾ−ル(P2)1400部(A/P1+P2=0.9,
P1/P2=0.43)、蓚酸37.5部を添加してp
H2.0、反応温度98〜102℃で4時間反応(二次
反応)させた。二次反応終了後、70℃まで冷却してア
セトン60部、イオン交換水600部を添加して約約7
0℃で攪拌・静置した。分離水を除去した後、アセトン
60部、イオン交換水600部を使用して、再度水洗操
作を行った。その後、常圧下で内温160℃まで脱水
し、さらに60torrの減圧下で195℃まで脱水・
脱モノマ−を行い、フォトレジスト用フェノ−ル樹脂1
900部を得た。得られた樹脂の重量平均分子量は50
00、2核体成分が5.4%、遊離モノマ−は1.0%
であった。
【0018】《実施例2》攪拌機、温度計、熱交換機の
ついた5Lの四つ口フラスコにメタクレゾ−ル(P1)
800部、37%のホルマリン(A)840.8部(A
/P1=1.4)及びトリエチルアミン40部を仕込
み、pH8.5、反応温度78〜82℃で3時間反応
(一次反応)を行った。一次反応終了時の3核体以上の
成分は52%であった。その後、10%の蓚酸水240
部を添加して中和(pH=5.6)を行ない、パラクレ
ゾ−ル(P2)1520部(A/P1+P2=0.4
8,P1/P2=0.53)、蓚酸30部を添加してp
H2.0、反応温度98〜102℃で4時間反応(二次
反応)させた。二次反応終了後、70℃まで冷却してア
セトン160部、イオン交換水800部を添加して約7
0℃で攪拌・静置した。分離水を除去した後、アセトン
160部、イオン交換水800部を使用して、再度水洗
操作を行った。その後、常圧下で内温160℃まで脱水
し、さらに60torrの減圧下で195℃まで脱水・
脱モノマ−を行い、フォトレジスト用フェノ−ル樹脂1
300部を得た。得られた樹脂の重量平均分子量は68
00、2核体成分4.5%、遊離モノマ−は1.5%で
あった。
【0019】《実施例3》攪拌機、温度計、熱交換機の
ついた5Lの四つ口フラスコにメタクレゾ−ル750
部、パラクレゾール500部(P1=1250部)、3
7%のホルマリン(A)938.4部(A/P1=1.
0)トリエチルアミン62.5部を仕込み、pH8.
5、反応温度68〜72℃で4時間反応(一次反応)を
行った。一次反応終了時の3核体以上の成分は55%で
あった。その後、10%の蓚酸水350部を添加して中
和(pH=5.2)を行ない、メタクレゾール175
部、パラクレゾール1237.5部(P2=1412.
5部;A/P1+P2=0.47,P1/P2=0.8
8)、蓚酸38.5部を添加してpH2.0、反応温度
98〜102℃で4時間反応(二次反応)させた。二次
反応終了後、70℃まで冷却してアセトン125部、イ
オン交換水1250部を添加して約70℃で攪拌・静置
した。分離水を除去した後、アセトン125部、イオン
交換水1250部を使用して、再度水洗操作を行った。
その後、常圧下で内温160℃まで脱水し、さらに60
torrの減圧下で195℃まで脱水・脱モノマ−を行
い、フォトレジスト用フェノ−ル樹脂1300部を得
た。得られた樹脂の重量平均分子量は11000、2核
体成分7.1%、遊離モノマ−は3.3%であった。
【0020】《比較例1》実施例1と同様の反応装置に
メタクレゾ−ル400部、パラクレゾ−ル600部、3
7%ホルマリン405.4部(仕込みモル比0.5
4)、蓚酸2部を仕込み、98〜102℃で4時間還流
反応を行った後、常圧下で脱水を行い内温140℃まで
上昇させ、次いで80Torrの減圧下で内温195℃
まで脱水・脱モノマ−を行ない、フォトレジスト用フェ
ノ−ル樹脂を得た。得られたものの重量平均分子量は3
600、2核体成分12.2%、遊離モノマ−3.2%
であった。
【0021】《比較例2》実施例1と同様の反応装置に
メタクレゾ−ル400部、パラクレゾ−ル600部、3
7%ホルマリン480.5部(仕込みモル比0.6
4)、蓚酸7部を仕込み、96〜100℃で5時間還流
反応を行った後、常圧下で脱水を行い、内温150℃ま
で上昇させ、次いで80Torrの減圧下で内温190
℃まで脱水・脱モノマ−を行ない、フォトレジスト用フ
ェノ−ル樹脂を得た。得られたものの重量平均分子量は
8000、2核体成分9.2%、遊離モノマ−2.0%
であった。
【0022】《評価例1》昇華性試験評価方法 25%のエチルセロソルブアセテート溶液を調製し、3
インチシリコンウエハ上に約1μmの厚みになるように
スピンコーターで塗布し、110℃で100秒間ホット
プレートで乾燥させた。この乾燥時に、シリコンウエハ
をシャーレで覆い昇華物を捕集した。この作業を10枚
分行い、シャーレに付着した物質の重量を測定した。
【0023】
【表1】
【0024】
【発明の効果】本発明により、従来の方法では得られな
かった2核体成分の少ないフォトレジスト用フェノ−ル
樹脂を提供することができる。LCD製造において、本
発明のフェノ−ル樹脂を用いたフォトレジストを使用す
ることにより、生産ラインの汚染が低減し歩留の向上が
期待される。
フロントページの続き Fターム(参考) 2H025 AA01 AA04 AA10 AB16 AB20 AD03 BE01 CB29 CB56 4J033 CA01 CA02 CA03 CA05 CA11 CA12 CA13 CA26 CA29 CB02 CB03 CB21 CB25 CC03 CC07 CC08 CC09 CC12 CC14 CD02 CD03 HA02 HA12 HB10

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2官能性以上のフェノ−ル類(P1)及
    びアルデヒド類(A)を塩基性触媒の存在下、pH7−
    12で反応(一次反応)させて得た3核体以上の成分%
    が60%以下であるレゾ−ル樹脂に、フェノ−ル類(P
    2)と酸触媒を添加してpH1−6に調整し、さらに反
    応(二次反応)させて得られ、重量平均分子量が150
    0−20000であり、2核体成分が8%以下であるこ
    とを特徴とするフォトレジスト用ノボラック型フェノ−
    ル樹脂の製造方法。
  2. 【請求項2】 2官能性以上のフェノール類(P1)が
    フェノ−ル、メタクレゾ−ル、パラクレゾール、2,3
    −キシレノ−ル、2,5−キシレノール、3,4−キシ
    レノールのうち1種以上からなる請求項1記載のフォト
    レジスト用ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
  3. 【請求項3】 フェノール類(P2)がフェノ−ル、メ
    タクレゾ−ル、パラクレゾ−ル、2,3−キシレノ−
    ル、2,4−キシレノ−ル、2,5−キシレノ−ル、
    2,6−キシレノ−ル、3,4−キシレノ−ル、3,5
    −キシレノ−ル、2,3,5−トリメチルフェノ−ル、
    2,3,6−トリメチルフェノ−ルのうち1種以上であ
    る請求項1又は2記載のフォトレジスト用ノボラック型
    フェノール樹脂の製造方法。
  4. 【請求項4】 アルデヒド類(A)がホルムアルデヒド
    及び/又はパラホルムアルデヒドからなる請求項1、2
    又は3記載のフォトレジスト用ノボラック型フェノ−ル
    樹脂の製造方法。
  5. 【請求項5】 一次反応時の塩基性触媒が第3級アミン
    類である請求項1乃至4のいずれかに記載のフォトレジ
    スト用ノボラック型フェノ−ル樹脂の製造方法。
  6. 【請求項6】 二次反応時の酸性触媒が有機カルボン酸
    である請求項1乃至5のいずれかに記載のフォトレジス
    ト用ノボラック型フェノ−ル樹脂の製造方法。
  7. 【請求項7】 2官能性以上のフェノール類(P1)と
    フェノール類(P2)のモル比率(P1/P2)が0.
    1−5.0であることを特徴とする請求項1乃至6のい
    ずれかに記載のフォトレジスト用ノボラック型フェノ−
    ル樹脂の製造方法。
  8. 【請求項8】 一次反応時のアルデヒド類(A)と2官
    能性以上のフェノ−ル類(P1)のモル比率(A/P
    1)が0.5−5.0であり、二次反応時のモル比率
    (A/P1+P2)が0.2−1.5であることを特徴
    とする請求項1乃至7のいずれかに記載のフォトレジス
    ト用ノボラック型フェノ−ル樹脂の製造方法。
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