JP2002510406A - ミクロリソグラフィーのための改良された溶解抑制レジスト - Google Patents

ミクロリソグラフィーのための改良された溶解抑制レジスト

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Abstract

(57)【要約】 本明細書において、ミクロリソグラフィーにおける使用のための改良された溶解抑制レジストを開示する。これらのレジストは、改良された抑制能を有するフェノール性基材樹脂から構成され、およびミクロリソグラフィーおよび半導体用途のためのレジスト配合物中での使用に適当である。

Description

【発明の詳細な説明】 ミクロリソグラフィーのための改良された溶解抑制レジスト 発明の属する技術分野 本発明は、光画像形成の分野、および詳細には半導体デバイス産業の最も一般 的な画像形成材料である溶解抑制レジストの基材樹脂に関する。 関連技術の記載 溶解抑制レジスト(dissolution inhibition resist)、特にノボラック樹脂を ベースとするものは、紫外(UV)光を用いて半導体デバイスを画像形成するた めに現在広範に用いられている。これらの樹脂は、1)基材樹脂と2)光活性成 分(PAC)とを含み、その後者は、この種類のレジスト中に存在するときには 、抑制添加剤とも呼ばれる。基材樹脂は、典型的にはフェノール性樹脂であり、 および光活性成分は、典型的にはジアゾナフトキノンである。溶解抑制レジスト は当該技術において知られている。たとえば、Arnost ReiserによるPhotoreacti ve Polymers,The Science and Technology of Resists(Wiley-Interscience,Jo hn Wiley & Sons,New York(1989))、第5章を参照されたい。 そのような典型的な溶解抑制レジストは、2つの現象に基づく:それらは、ジ アゾナフトキノンによるフェノール性樹脂の水性アルカリ中への溶解の抑制、お よびジアゾナフトキノンのインデンカルボン酸への光化学的変換である。 必ずしも常にではないが、フェノール性樹脂は、ノボラックとして知られてい る低分子量のフェノール−ホルムアルデヒド重縮合物である。それら自身として 、これらの樹脂は、希薄な水性アルカリに容易に可溶であるが、適当なジアゾキ ノン誘導体が添加されるときには、それらの溶解速度が大きく減少する。ここで 、 イオン化が可能ではなく疎水性のジアゾキノンが、溶解抑制剤として機能する。 照射時に、そのジアゾキノンは水性アルカリに可溶である酸へと変化し、および それはもはや溶解抑制剤ではなく、かつ樹脂の溶解を促進しさえする。実際には 、ノボラックと例えば15%のジアゾナフトキノンとの混合物を、基板(たとえ ば、シリコンウェーハ)上に、薄膜として被覆し、その膜を放射パターンに暴露 し、および引き続いて希薄なアルカリを用いて処理する。レジストの暴露された 区域は、暴露されなかったものよりも非常に速く溶解し、そのプロセスを早めに 停止する場合には、パターン化された膜が、照射されなかった区域に残る。その ような材料は、ポジ型レジストとして機能する。 溶解抑制レジストを用いて達成することができるリソグラフィーのコントラス トは、抑制添加剤(光活性成分、すなわちPAC)のみならず、PACが分散さ れているフェノール性基材樹脂にも依存する。その樹脂をミクロリソグラフィー における使用に適当にする樹脂の基本的特性は、種々のジアゾナフトキノン(D NQ)または他の活性添加剤の添加により抑制される水性塩基への溶解を有する 樹脂の能力である。この特性は、一般的に「抑制能(inhibitability)」と呼ばれ る。特定の基材樹脂から製造されるレジストの画像コントラストを決定するのは 、この特性である。したがって、画像コントラストと抑制能は、密接に関連して いる。 ポリ(ヒドロキシスチレン)樹脂[ポリ(ビニルフェノール)樹脂]は、主と してその低い抑制能のために、これまでミクロリソグラフィーにおいて幅広く一 般的には用いられてこなかった。したがって、改良された抑制能を有する改良さ れたポリ(ヒドロキシスチレン)および他の樹脂に関する当該技術における必要 性が存在する。 発明の要旨 本発明の第1の実施形態は、ポジティブワーキングのフォトレジスト組成物で あって、 (a) 以下の構造を有するコモノマー単位Aを含むポリマーと(式中、R1、R2、R3、R4およびR5は、同一であっても異なっていてもよく 、およびH、OH、およびXからなる群から選択され; R1、R2、R3、R4およびR5の少なくとも1つはOHであり;およびR1、R2 、R3、R4およびR5の少なくとも1つはXであり;および Xは、ニトロ(−NO2)でもスルホン酸(−SO3H)でもないことを除いて 、前記少なくとも1つのOHに関する位置において0.45以上のHammettのσ定 数を有する置換基の群から選択される) (b) 前記フォトレジスト組成物をポジティブワーキングにすることができる 少なくとも1つの光活性成分と を含むフォトレジスト組成物である。 本発明の第2の実施形態は、ポジティブワーキングのフォトレジスト組成物で あって、 (a) 以下の構造を有するコモノマー単位Bを含むポリマーと (式中、R1、R2、R3、R4およびR5は、同一であっても異なっていてもよく 、およびH、およびOHからなる群から選択され; R1、R2、R3、R4およびR5の少なくとも2つはビシナル配列のOHであり 、そこでは前記少なくとも2つのOH基が隣接する炭素原子に結合している) (b) 前記フォトレジスト組成物をポジティブワーキングにすることができる 少なくとも1つの光活性成分と を含むフォトレジスト組成物である。 本発明の第3の実施形態は、ポジティブワーキングのフォトレジスト組成物で あって、 (a) 以下の構造を有するコモノマー単位Cを含むポリマーと (式中、R1、R2、R3、R4およびR5は、同一であっても異なっていてもよく 、およびH、OH、およびXからなる群から選択され; R1、R2、R3、R4およびR5の少なくとも2つはビシナル配列のOHであり 、そこでは前記少なくとも2つのOH基が隣接する炭素原子に結合しており;お よび Xは、ニトロ(−NO2)でもスルホン酸(−SO3H)でもないことを除いて 、前記少なくとも1つのOHに関する位置において0.45以上のHammettのσ定 数を有する置換基の群から選択される) (b) 前記フォトレジスト組成物をポジティブワーキングにすることができる 少なくとも1つの光活性成分と を含むフォトレジスト組成物である。 本発明の第4の実施形態は、ポジティブワーキングのフォトレジスト組成物で あって、 (a) 以下の構造を有する反復単位Dを含むノボラック樹脂と (式中、Xは、ニトロ(−NO2)でもスルホン酸(−SO3H)でもないことを 除いて、前記少なくとも1つのOHに関する位置において0.45以上のHammett のσ定数を有する置換基の群から選択され、R1およびR2は、独立的にC1〜C6 のアルキルである) (b) 前記フォトレジスト組成物をポジティブワーキングにすることができる 少なくとも1つの光活性成分と を含むフォトレジスト組成物である。 ニトロ基の知られている深UV域における強い吸収特性のために、本発明の全て の実施形態において、ニトロ(−NO2)置換基を明確に除去する。もし相当な 量のニトロ基を有する樹脂が本発明の組成物中に存在するならば、レジスト組成 物は相当に減少した光速度(photospeed)およびおそらく他の望ましくない特性を 有することが予測される。 本発明のレジスト組成物に対して有害な効果を有すると予想される、スルホン 酸の知られている高い酸性のために、本発明の全ての実施形態において、スルホ ン酸(−SO3H)置換基を明確に除去する。 上記の理由により本発明の全ての実施形態からニトロ置換基を明確に除去する 一方で、それにもかかわらずニトロ基のような電子吸引性基を含有する樹脂が、 電子吸引基を持たない比較可能な樹脂(例えば、無置換のPVP樹脂または無置 換のノボラック樹脂)に比較して、増大した抑制能を確かに有していることを示 すための実施例のいくつかにおいて、ニトロ基が用いられる。 図面の簡単な説明 図1は、4つの別個の樹脂に関する、溶解抑制剤の濃度(Ci)に対する溶解 速度の対数(logR)のグラフである。それらのプロットは、本質的に直線で あり、指定のプロットの負の勾配の絶対値は、一連の試験組成物中の指定の樹脂 に関する抑制ファクターfである。試験組成物のプロットが図1中にある4つの 別個の樹脂は、PVP、ポリマーK、ポリマーF、およびポリマーGである。 図2は、5つの別個の樹脂に関する、溶解抑制剤の濃度(Ci)に対する溶解 速度の対数(logR)のグラフである。それらのプロットは、本質的に直線で あり、指定のプロットの負の勾配の絶対値は、一連の溶解抑制試験組成物中に存 在するときの指定の樹脂に関する抑制ファクターfである。試験組成物のプロッ トが図2中にある5つの別個の樹脂は、PVP、ポリマーG、ポリマーI、ポリ マーH、およびポリマーJである。 図3は、2つの別個の樹脂に関する、溶解抑制剤の濃度(Ci)に対する溶解 速度の対数(logR)のグラフである。それらのプロットは、本質的に直線で あり、指定のプロットの負の勾配の絶対値は、一連の溶解抑制試験組成物に存在 するときの指定の樹脂に関する抑制ファクターfである。試験組成物のプロット が図3中にある2つの別個の樹脂は、ノボラック、およびポリマーH(5%のレ ベルまでニトロ化されたPVP)である。 図4は、ノボラックをベースとする溶解抑制レジスト配合物における2つの別 個のジヒドロキシ化合物の間の、溶解加速に関する劇的な差を示すグラフである 。図4は、2つの別個のジヒドロキシ化合物に関する、溶解加速剤の濃度(Ca )に対する溶解速度の対数(logR)のグラフである。Caは、質量%で表わ される。 (溶解速度Rの単位は、全ての図においてナノメートル/秒(mm/sec) である。) 発明の詳細な説明 樹脂の抑制能を、(たとえば、フェノール性ヒドロキシル基の間の)フェノー ル性相互作用の量を増大するか、または電子吸引性置換基によるフェノール性基 の置換によるかのいずれかにより、増大することができる。 フェノール性樹脂の抑制能を、フェノール性部分の芳香環の少なくとも一部の 上の、ビシナル配列にある少なくとも1組のヒドロキシ置換基の置換によって、 増大することができる。 フェノール性樹脂の抑制能を、電子吸引性部分によるフェノールの芳香環上の 置換により、同様に増大することもできる。この原理の最も重要な応用は、ポリ (ヒドロキシスチレン)(PHOST)樹脂に対するものである。ポリ(ビニルフ ェノール)または(PVP)とも呼ばれるこれらの樹脂は、一般的には、ミク ロリソグラフィーに適当ではない。なぜなら、それらはPAC類により容易に抑 制されないからである。この理由は、樹脂のフェノール性基の間の相互作用の低 い程度であると推測される。NO2、CNおよびCF3のような電子吸引性置換基 による置換は、樹脂の抑制能を増大させる。 したがって、本発明の目的は、増大した抑制能を有するポリ(ヒドロキシスチ レン)および他の樹脂を提供することである。 本発明のこの目的および他の目的は、(1)樹脂の構造変更(たとえば、フェ ノール部分にビシナルのヒドロキシ置換基を有するポリ(ヒドロキシスチレン) またはノボラック)による増大した量のフェノール性相互作用;または(2)1 つまたは複数の電子吸引性置換基を有する樹脂(たとえば、ポリ(ヒドロキシス チレン)またはノボラック)のフェノール性基上の置換の結果として、増大した 抑制能を有する新規の樹脂により提供される。第1の実施形態 具体的には、本発明の第1の実施形態の化合物は、+0.45以上の正のHamm ett置換基定数を有する置換基Xによって置換されている種々の分子量を有する ポリ(ヒドロキシスチレン)樹脂である。少なくとも1つのヒドロキシル置換基 (−OH)に関して、置換基Xはオルト、メタ、またはパラに位置することがで きる。しかし、置換基Xは、OH基に対するパラ位もしくはメタ位のいずれか、 またはOH基に関する両方のメタ位に位置することが好ましい。これらの好まし い配列を以下に示す。 本発明に適当な置換基は、0.45以上のHammett置換基定数を有するものと して一般的に規定される。正のHammett置換基定数は、その位置において置 換基が電子吸引性であることを示し、一方、負の定数は電子供与性基を意味する 。他の考察(下記参照)を別にすると、本発明の樹脂が高い抑制能を有するよう に、可能な限り大きなHammett置換基定数を有するxを選択することが、本発明 によれば最良である。その定数が大きくなればなるほど、その置換基はより電子 吸引性になり、および、一般的に本発明にしたがって得られる本発明の樹脂にお ける抑制能のレベルがより大きくなる。それらに限定されるものではないが、N O2、CF3、およびCNを含む種々の置換基に関して、これは事実である。 概して、置換基Xは、0.45以上の正のHammett置換基定数を有するいかな る置換基であってもよい。適当な置換基Xは、C1〜C6のペルフルオロアルキル (CF3を含む);それぞれのアルキルが独立的にC1〜C6である、C1〜C6のト リアルキルアンモニウム;シアノ(CN)、メチルスルホニル(SO2CH3)、およ びトリフルオロメチルスルホニル(SO2CF3)を含むが、それらに限定される ものではない。本発明の樹脂において、置換基Xを、少なくとも1つのOH基に 関してオルト、メタ、またはパラの位置において、指定の芳香環上に配置するこ とができる。好ましい置換基は、CN、CF3、SO2CH3、およびSO2CF3 を含むが、それらに限定されるものではなく、および置換基Xは、少なくとも1 つのOH基に関してメタまたはパラの位置において所定の芳香環上を置換する。 指定の位置における広範な置換基のHammett定数は、一般的に知られて、すな わち当業者にとって利用可能である。例えば、Jerry MarchによるAdvanced Orga nic Chamistry,Reactions,Mechanisms,and Structure第4版(John Wiley & S ons,Inc.,1992)のページ278〜286を参照されたい(それは参照により本明 細書の一部をなすものとする)。 この方法により置換されたポリ(ヒドロキシスチレン)を、ミクロリソグラフ ィー用の基材樹脂として用いてもよい。本発明は、ポリ(ヒドロキシスチレン) 樹脂に限定されるものではなく、および電子吸引性置換基を用いる置換の原理は 、ノボラック樹脂のような他のフェノール性樹脂にも等しく適用することができ る(下記の実施例4を参照されたい)。 当業者は、本発明において、通常は、立体的考察が置換基効果と調和しなけれ ばならないことを理解するであろう。たとえば、立体的な観点において4−ヒド ロキシスチレンのメタ位を検討することがより有益であるとはいえ、その置換基 効果は、パラ位においていくらか強い。そのような考察は、当業者の知識の範囲 内であるか、および/または当業者の実験により決定することができる。第2および第3の実施形態 第2および第3の実施形態の双方において、ポジティブワーキングのフォトレ ジスト組成物の本発明の樹脂は、指定の芳香環上に少なくとも2つのヒドロキシ ル基を、その2つのヒドロキシル基が隣接する炭素に対して結合している状態で 含有する(すなわち、2つのヒドロキシル基は、1,2−様式で置換されており 、および互いに関してビシナルの関係で存在する)前述のようなコモノマーから 構成される。 実施形態2による本発明のコモノマー反復単位Bの実例となるいくつかの例を 以下に示す。 実施形態3による本発明のコモノマー反復単位Cの実例となるいくつか例を以 下に示す。 第4の実施形態 ノボラック樹脂の抑制能を、以下の構造式に示すように、そのフェノール性部 分を電子吸引性置換基により置換することにより、増大することができる。式中 、Xは電子吸引性基であり、およびXは前述の仕様を有する。 概して、置換基Xは、NO2およびSO3Hを除外することを除いて、0.45 以上の正のHammett置換基定数を有するいかなる置換基であってもよい。適当な 置換基Xは、C1〜C6のペルフルオロアルキル(CF3を含む);それぞれのアル キルが独立的にC1〜C6である、C1〜C6のトリアルキルアンモニウム;シアノ (CN)、メチルスルホニル(SO2CH3)、およびトリフルオロメチルスルホニル (SO2CF3)を含むが、それらに限定されるものではない。本発明の樹脂にお いて、置換基Xは、OH基に関してオルト、メタ、またはパラの位置の所定の芳 香環上に位置することができる。パラ位に置換基Xを含む構造が好ましい。好ま しい置換基は、CN、CF3、SO2CH3、およびSO2CF3を含むが、それら に限定されるものではない。R1およびR2は、独立的にC1〜C6のアルキルであ る。パーコレーション部位を減少することおよび抑制能を増大すること 前述の構造は、フェノール性OH基の酸性を増大させ、および同時に樹脂の溶 解速度を増大させる可能性がある。この効果に対抗するために、本発明の樹脂に おける必要かつ不可欠の段階は、樹脂中の親水性パーコレーション(percolation )部位の密度(濃度)を低下させることである。これは、樹脂の抑制能を相当に 増大させるという重要な利点をも有する。このパーコレーション部位の密度を低 下させることは、以下にまとめた種々の方法において実行することができる。 a) 完全に置換されたポリ(ヒドロキシスチレン)においては、親水性パーコ レーション部位の濃度は、フェノール性ヒドロキシルの一部をアルキル化するこ とにより変更することができる。 メチル以外の保護基を用いることができる。アルキル化の程度は、広い限界( 5から95%まで、またはそれ以上)内で変化してもよい。 b) 酸性OH基の濃度を低下させることの別の方法は、その置換を部分的に実 施すること、すなわち樹脂中のフェノール性基の一部のみを置換することにより 実施される。(これは、得られる材料がより低い濃度の置換基を含有し、および その吸収特性が、場合a)における程変化しないという利点を有する。) c) 別の可能性は、例えばスチレンのような置換もされておらず、OH基も含 有しない芳香族コモノマーと、適切に置換されたヒドロキシスチレンを共重合す ることである。したがって、たとえば、(ヒドロキシ、シアノ)−スチレンとス チレンとの共重合体は、低濃度の親水性OH部位と同様に、小さい濃度のシアノ 基を含有するに過ぎない材料を生成する。この生成物の光学的特性は、b)のも のより良好であろう(すなわち、深UVにおけるより高い透明性)。なぜなら大部分 の材料はポリスチレンであり、およびポリ(ヒドロキシスチレン)ではないから である。 d) 材料がより短い波長(例えば、248nm)においてより高度に透明であ るべき場合には、置換されたヒドロキシスチレンコモノマーを脂肪族コモノマー と共重合することが可能である。そのような共重合は実質的に脂肪族の材料を与 える。プラズマ暴露に対する安定性が所望される場合には、選択される脂肪族コ モノマーは、例えば、ノルボルニル、イソボルニル、またはアダマンチル基など を含有する種々のモノマーのような多環式脂肪族モノマーである一種である。 ノボラックを越える、本発明のPHOST(ポリ(ヒドロキシスチレン))共重 合体のいくつかの重要な利点は、以下のものである。PHOSTポリマーは以下 の点を有し、または与える。 1.共重合体のコモノマーの選択におけるより大きな柔軟性。 2.材料を、高度に純粋な状態で生成することができる。 3.PHOSTを用いる良好な分子量制御。化学的増幅 本発明のフォトレジスト組成物は、コモノマーとしてコモノマーEを含有する 樹脂を用いることによって化学的に増幅される溶解抑制レジストであるように作 成することができる。そのコモノマーEは、PAC由来の酸により開裂して樹脂 中に遊離の酸をもたらす(それは樹脂に現像可能性を付与する)ことが可能な保 護された酸基を有するエステル結合で構成される。保護基を有するいくつかの適 当なエステル結合は、第3級ブチルエステルのような第3級アルキルエステルお よび少なくとも1つの第3級基を有する炭酸エステルを含むが、それらに限定さ れるものではない。PACにより生成される酸に対する感受性を有する他の保護 基を使用することができる。適当な保護基は、当業者に知られている。適当な保 護基は、多くの参考文献(たとえば、R.D.Allen等による「Protective Groups fo r 193 nm Photoresists」、SPIE Proceeding,Vol.2724,1996,334-343ページ )において検討されている。光活性成分 本発明の指定の組成物中に、(成分(b)として)フォトレジスト組成物をポ ジティブワーキングにすることができる少なくとも1つの光活性成分が存在する 。概して、本発明は、この必要条件を満足するいかなる成分をも含む。溶解抑制 レジストに関する好ましい実施形態において、光活性成分は、組成物内部にその 初期段階(光画像形成能力を与える光化学的変化を受ける前)において存在する 際に溶解抑制剤としても役立つ。 本発明において適当な代表的光活性成分は、ジアゾナフトキノン(DNQ)お よびジアゾ−4−ヒドロキシクマリン(DC)を含むが、それらに限定されるも のではない。 本発明のための実例となる好ましいDNQおよびDC化合物は、下記の構造を 有する。 式中、Rはスルホン酸芳香族エステルまたは芳香族ケトンであることができるが 、それらに限定されるものではない。好ましいRは、以下のものである(式中、 R1はフェニルまたは置換フェニルである)。 本発明は、上記で例示したような置換を有するDNQおよびDC化合物を使用 することに限定されない。一般的に、置換に関して、置換されていない状態から 、(DNQおよびDCの)芳香環およびエチレン部分の全ての位置が完全に置換 されている状態までの多岐にわたるDNQおよびDC化合物を、用いることがで きる。 溶解抑制レジスト配合物中の光活性成分としてのDNQおよびDC化合物の使 用は知られている。たとえば、DNQは、Arnost ReiserによるPhotoreactive P olymers,The Science and Technology of Resists(Wiley-Interscience,John Wiley & Sons,New York(1989))に記載され、それは参照により本明細書の 一部をなすものとする。DCは、M.J.Leeson,A.Pawloski,V.Levering,W.Yueh,お よびC.G.Wilsonの「Tailoring of a Photoactive Compound for Non-Chemical ly Amplified 248 nm Resist Formulations」SPIE Vol.3049,861-869ページに記 載され、それは参照により本明細書の一部をなすものとする。任意選択の化合物 フォトポリマー組成物に慣用的に添加される他の化合物もまた存在して、本発 明のレジストの物理的特性を実際の用途のために改質することができる。そのよ うな成分は、別のポリマー結合剤、充填材、熱安定剤、蛍光増白剤、粘着改質剤 、塗布助剤、離型剤、および残留物減少剤(residue reducer)を含むが、それら に限定されるものではない。 用語集 AIBN 2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(=2,2’−アゾビス[ 2−メチルプロピオニトリル]) DC ジアゾ−4−ヒドロキシクマリン DNQ ジアゾナフトキノン ノボラック ホルムアルデヒドまたは別のアルデヒドとのフェノール性化合物の 縮合ポリマー。ノボラック樹脂は、Hoechst-Celanese Corp.(Corpus,Christ i,TX)から得られる。それは、約4000の重量平均分子量を有する。 PHOST ポリ(ヒドロキシスチレン)。等価の名称は、ポリ(ビニルフェノー ル)すなわちPVPである。PHOSTポリマーにおいて、ヒドロキシ基は 、主鎖に関してオルト、メタ、またはパラであることができる。特に記載が ない限り、ヒドロキシ基はポリマーの主鎖に対してパラである。 ポリマー類 ポリマーE ポリ(2−ニトロ−5−アセトキシ−スチレン) ポリマーF ポリ(2−ニトロ−5−ヒドロキシ−スチレン) ポリマーG 20%のフェノール性部分がニトロ化されているポリ(3−ニトロ −4−ヒドロキシ−スチレン)* ポリマーH 5%のフェノール性部分がニトロ化されているポリ(3−ニトロ− 4−ヒドロキシ−スチレン)* ポリマーI 10%のフェノール性部分がニトロ化されているポリ(3−ニトロ −4−ヒドロキシ−スチレン)* ポリマーJ 80%のフェノール性部分がニトロ化されているポリ(3−ニトロ −4−ヒドロキシ−スチレン)* ポリマーK 95%越のフェノール性部分がニトロ化されているポリ(3−ニト ロ−4−ヒドロキシ−スチレン)* ポリマーL ポリ(2−アミノ−5−ヒドロキシ−スチレン) ポリマーM ポリ(2−ジアゾニウムクロリド−5−ヒドロキシ−スチレン) ポリマーN ポリ(2−シアノ−5−ヒドロキシ−スチレン) ポリマーO ポリ(3,4−ジアセトキシ−スチレン) ポリマーP ポリ(3,4−ジヒドロキシ−スチレン) ポリマーQ ポリ(3,5−ジアセトキシ−スチレン) ポリマーR ポリ(3,5−ジヒドロキシ−スチレン) *ポリマーは、フェノール性部分の2位に置換された少量(5%未満)のニトロ 置換基を含有してもよい。 PVP ポリ(ビニルフェノール)、PVPポリマーにおいて、ヒドロキシ基 は、主鎖に関してオルト、メタ、またはパラであることができる。特に記載 がない限り、OH基は芳香環の4位に置換され、およびポリマーの主鎖に対 して(または、モノマー前駆体のビニル基に対して)パラである。別名はポ リ(ヒドロキシスチレン)である。本明細書の実施例において用いられるP VPは、Hoechst Celanese Corp.(Corpus,Christi,TX)から得られ、およ び15,000の重量平均分子量を有した。 実施例 実施例1 本実施例において、ポリ(2−ニトロ−5−ヒドロキシスチレン)の合成を提 供する。 ヒドロキシ基の保護: 100mLの無水酢酸中に、20グラムの2−ニトロ−5−ヒドロキシ−ベン ズアルデヒドを溶解させ、そして得られる溶液を、窒素下で3時間にわたって還 流した。その溶液を室温まで冷却し、そして無水酢酸を除去した。淡黄色固体と して、2−ニトロ−5−アセトキシ−ベンズアルデヒド(化合物A)が得られた (収率92%)。Wittig反応: 以下の順序の工程を用いて、Wittig反応を実施した。 1)25mLのMe2SOに対して0.015モルのNaHを添加し、そして水 素の発生が停止するまで半時間にわたって攪拌することにより、窒素下で0.0 15Mのメチルスルフィニルカルバニオン溶液を作成し; 2)窒素下において、40mLのMe2SOに対して0.015モルのPh3Pを 室温で添加し、そして半時間にわたって攪拌し;次に、得られる溶液に対して、 半時間の間に0.016モルのMeIを滴下し;得られる混合物を室温において 1時間にわたって攪拌し、次に50℃においてさらなる1時間にわたって攪拌し ;そして室温に冷却して溶液を与えることにより、メチルトリフェニルホスホニ ウムヨージドを調製し; 3)半時間かけて、溶液1)中に、溶液2)を滴下した。次に、得られる溶液を 室温においてさらなる半時間にわたって攪拌し; 4)室温において、15mLのMe2SO中の1.045g(0.005モル) の化合物Aを一度に添加し、そして得られる溶液を、1時間にわたって室温で、 およびさらなる1時間にわたって55℃で攪拌し; 5)その溶液を冷却し、200mLの冷水を注加し、そして白色沈殿物を形成し た。その溶液を1時間にわたって攪拌し; 6)沈殿物を濾別し、そして透明な溶液を、エーテルを用いて3回抽出した。そ のエーテル層を、水で2回洗浄し、そして硫酸マグネシウムにより乾燥し;およ び、 7)その溶媒を除去し、そして0.88グラムの2−ニトロ−5−アセトキシ− スチレン(化合物C)を得た(収率85%)。重合: 2グラム(0.01モル)のモノマー(化合物C)および20mgのAIBN (2,2’−アゾビスイソブチロニトリル=2,2’−アゾビス[2−メチルプ ロピオニトリル])を、15mLのTHF中に溶解させた。窒素下において、得 られる溶液を、60℃において8時間にわたって攪拌した。その溶液を室温まで 冷却し、300mLのイソプロパノール中にゆっくりと注ぎ、ポリマーを析出さ せた。乾燥時の得られるポリマーE(ポリ(2−ニトロ−5−アセトキシ−スチ レン))は、1.2グラムと計量された。ヒドロキシ基の脱保護: 1グラムのポリマーEを、塩酸のメタノール性溶液50mL(1規定)中に溶 解させ、そして得られる溶液を2時間にわたって還流させた。次に、その溶液を 室温まで冷却し、そして500mLの水中にゆっくりと注ぎ、ポリマーを析出さ せた。乾燥時の得られるポリマーF(ポリ(2−ニトロ−5−ヒドロキシ−スチ レン))は、0.65グラムと計量された。 実施例2 この実施例において、20%のフェノール性部分がニトロ化されているポリ( 3−ニトロ−4−ヒドロキシ−スチレン)の調製を提供する。 5グラムのポリ(p−ビニル−フェノール)(PVP)を、(触媒として)3滴 の濃硫酸を含有する20mLのアセトン中に溶解させ、そしてその溶液を、氷− 水浴を用いて冷却した。攪拌されている反応混合物に対して、ゆっくりと0.7 5グラムの濃硝酸を滴下した。次に、得られる溶液を室温において1時間にわた って攪拌した。1時間の反応期間の終わりにおいて、反応混合物(溶液)を50 0mLの冷水中に添加して、ポリマーを析出させた。そのポリマーを濾過により 収集し、そして乾燥して4.1gのポリマーGを与え、それは20%のフェノー ル性部分が(主として、4−OH基に対してオルトである3位が)にとろかされ ている、ニトロ化されたPVPポリマーであると特徴づけられた。 実施例3 この実施例において、5%のフェノール性部分がニトロ化されているポリ(3 −ニトロ−4−ヒドロキシ−スチレン)の調製を提供する。その調製は、用いら れる濃硝酸の量が0.187グラムであることを除いて実施例2と同一であった 。乾燥時に得られた、得られるニトロ化されたポリマーは4.3グラムと計量さ れ、ポリマーHと称する。 実施例4 この実施例において、10%のフェノール性部分がニトロ化されているポリ( 3−ニトロ−4−ヒドロキシ−スチレン)の調製を提供する。その調製は、用い られる濃硝酸の量が0.375グラムであることを除いて実施例2と同一であっ た。乾燥時に得られた、得られるニトロ化されたポリマーは4.1グラムと計量 され、ポリマーIと称する。 実施例5 この実施例において、80%のフェノール性部分がニトロ化されているポリ( 3−ニトロ−4−ヒドロキシ−スチレン)の調製を提供する。その調製は、用い られる濃硝酸の量が3.0グラムであることを除いて実施例2と同一であった。 乾燥時に得られた、得られるニトロ化されたポリマーは4.1グラムと計量され 、ポリマーJと称する。 実施例6 この実施例において、本質的に100%の(すなわち95%超の)フェノール 性部分がニトロ化されているポリ(3−ニトロ−4−ヒドロキシ−スチレン)の 調製を提供する。その調製は、用いられる濃硝酸の量が3.75グラムであるこ とを除いて実施例2と同一であった。乾燥時に得られた、得られるニトロ化され たポリマーは4.2グラムと計量され、ポリマーKと称する。 実施例7 この実施例は、一連の試験組成物を調製し、およびそれらを用いる測定を行っ て、指定の試験樹脂(ポリマー)の抑制能の測定値を得るのに用いられた手順を 提供する。 全ての試験組成物は、溶解抑制タイプのものであり、および以下の方法により 配合された。指定の試験樹脂溶液(25質量%の樹脂を含有する)は、室温にお いて樹脂を酢酸イソブチル中に溶解することにより作成された。抑制剤、すなわ ち1,2−ジアゾナフトキノン−5−スルホン酸フェニルエステル(分子量=3 16ダルトン)を、指定のサンプルに関して示された濃度(モル%または質量% で表現される)において添加した。スピンコーティングにより、シリコンウェー ハに対して試験組成物を付着した。標準的な実験室用スピンコーターを3000 回転毎分の回転速度において使用した。コーティング操作は、室温で行った。室 温におけるコーティングのすぐ後に、試験組成物を、半時間にわたって90℃に おいて最終的に乾燥させた。 指定の試験樹脂に関して、典型的には、少なくとも3〜4個の別個の試験サン プルを、異なる抑制剤濃度(示されたような(Ci)、モル%または質量%)を有 して作成した。その抑制剤濃度は、0〜6モル%または0〜10質量%の範囲に わたって変動した。 指定の樹脂に関する組成物を試験するために、フィルムを、20℃における0 .2MのKOH水溶液に溶解させた。指定のサンプルの溶解速度を、レーザー干 渉計を用いて測定した。反射強度曲線における2つの連続するピークの間の時間 差を測定し、そしてThompson,WilsonおよびBowdenの「Introduction to Microli thography」第2版、American Chemical Society Professional Reference Book (American Chemical Society,Washington D.C.,1994)の280ページおよびその 続きに記載されているように、その時間差から溶解速度を決定した。 次に、抑制剤含有量の関数として、指定のサンプルの溶解速度の対数をプロッ トした。およそ直線状のプロットが、負の勾配を有して得られた。このプロット の負の勾配の絶対値を、抑制能の測定値として採用し、それを抑制ファクターf と称する。指定の樹脂に関する抑制ファクターfの大きさが大きければ大きいほ ど、溶解抑制レジスト組成物中に用いたときにその樹脂の抑制能は大きくなる。 実施例8 この実施例においては、4つの異なる樹脂サンプルに関して、フィルム組成物 を作成し、および実施例7の手順を用いて試験した。試験される第1の樹脂は、 ポリ(ビニルフェノール)(PVP)であり;この樹脂で作成される試験組成物を 「オリジナル」と称する。試験される第2の樹脂はポリマーK(実施例6)であ り、それはヒドロキシル基に対するオルト位に本質的に100%(95%超) のニトロ化を有し;この樹脂で作成される試験組成物を「オルト」と称する。試 験された第3の樹脂はポリマーF(実施例1)であり、それはポリマーのそれぞ れの芳香環上にパラの関係にある1つのニトロ基と1つのヒドロキシル基とを有 し;この樹脂で作成される試験組成物を「パラ」と称する。試験された第4の樹 脂はポリマーG(実施例2)であり、それは20%のフェノール性部分が、主と してヒドロキシルに対するオルトの位置をニトロ化されており;この樹脂で作成 される試験組成物を「20%ニトロ化」と称する。これらの実施例において用い られるPVPは、Hoechst Celanese Technical Center(Corpus,Christi,Texas,U SA)から得られた。その樹脂の重量平均分子量は、15,000であった。 実施例7に記載されるように、溶解抑制剤(光活性成分)の濃度(Ci)に対 する溶解速度の対数のプロットを作成した。図1は、これらの4つの樹脂から得 られた本質的に直線のプロットを例示する。それぞれの樹脂に関して測定された 抑制ファクターfも、同様に図1に示す。 PVP(電子吸引性基の置換がない)で作成された試験組成物は、低い程度の 抑制能を示し、測定された抑制フォクターは1.9であった。 ポリマーK(実施例6、それぞれの芳香族単位のヒドロキシル部分に対してオ ルトの95%超のニトロ化を有する)で作成された試験組成物も、同様に低い程 度の抑制能を示し、測定された抑制ファクターは1.6であった。 ポリマーF(実施例1、それぞれの芳香族単位のヒドロキシル部分に対してパ ラの100%のニトロ化を有する)で作成された試験組成物は、高度の抑制能を 示し、測定された抑制ファクターは6.7であった。 ポリマーG(実施例2、それぞれの芳香族単位のヒドロキシル部分に対してオ ルトの20%のニトロ化を有する)で作成された試験組成物は、高度の抑制能を 示し、測定された抑制ファクターは6.6であった。 実施例9 この実施例は、フェノール性部分のいくらかに電子吸引性ニトロ(NO2)置 換基を有する樹脂に関する抑制ファクターfが、樹脂中のニトロ化されているフ ェノール性基のパーセントPに、いかに著しく依存するかを例示する。この実 施例において試験される樹脂は、異なる程度にニトロ化された、ニトロ化PVP ポリマーである。具体的には、それらの樹脂は、PVP中のフェノール性部分の 異なるニトロ化の程度を有するポリ(3−ニトロ−4−ヒドロキシ−スチレン) である:1)5%のニトロ化を有するポリマーH(実施例3);2)10%のニト ロ化を有するポリマーI(実施例4);3)20%のニトロ化を有するポリマーG (実施例2);および4)80%のニトロ化を有するポリマーJ。 この実施例のための溶解抑制レジストの試験サンプルは、実施例7に与えられ るのと同一の方法により調製された。 図2は、指示された樹脂の抑制ファクターfの、ニトロ化された芳香族基のパ ーセントに対する相当にかつ著しい依存性を示す。最低レベルのニトロ化(5% のニトロ化を有するポリマーHを含有するサンプル)において、抑制ファクター fは10.1であると測定された。10%までニトロ化のパーセントが増大した ときに(ポリマーIを含有するサンプルにおいて)、測定される抑制ファクターは 9.08であった。20%までニトロ化の程度がさらに増大したとき(ポリマー G)に、測定される抑制ファクターは6.59である。PVPの80%のニトロ 化を有する第4のサンプル(ポリマーJ)の場合には、このポリマーを含有する サンプルは、3.29の抑制ファクターfを示した。これらの結果を、PVPの 対照標準のポリマー、すなわち1.85の測定される抑制ファクターfを与える (電子吸引性置換基を持たない)PVPの試験サンプルとともに、図2において 視覚的に示す。もう1つの測定された抑制ファクターf、すなわち95%超でニ トロ化されたPVPに関するものが関連しており、それはポリマーKであり、お よび図1中で「オルト」と称されている。この樹脂を用いた試験サンプルは、1 .6である(非常に低い)測定された抑制フォクターfを示した。 このように、この実施例は、活性の電子吸引性基(この実施例においてはニト ロ基)の置換の程度に依存して、指定の置換基を担持する樹脂の測定される抑制 ファクターfにおける劇的な差異があることを示す。測定された抑制ファクター fは、5%ニトロ化のPVPにおける10.1ほどの高さから、95%超のニト ロ化のPVPにおける1.6ほどの低さまで変化する。したがって、これらの結 果は、指定の樹脂タイプ(例えば、ニトロ化されたPVP)の抑制能は劇的に変 化することができ、および電子吸引性基を担持しないコモノマーを用いてポリマ ーを希釈することにより、その抑制能は増大することを示す。この実施例におい て、活性ニトロ基を「希釈する」現存のポリマーは、ビニルフェノールである。 実施例10A 実施例1に与えられた方法を用いて、フリーラジカル重合によりコポリマーを 調製する。2つのモノマーの混合物を、その重合に用いる。第1のものは、20 モル%の量で存在する2−ニトロ−5−ヒドロキシスチレンであり;第2のもの は、80モル%の量で存在する4−ヒドロキシスチレンである。コポリマーの分 析をおこなって、約20%のフェノール性基がニトロ置換基を含有することを確 認する。実施例7に記載するような一連の溶解抑制レジスト試験組成物を、この コポリマーを用いて作成した。溶解抑制剤(DNQである)のモル%濃度に対す る溶解速度の対数を、プロットする。そのプロットは、本質的に直線であり、お よびこのコポリマー樹脂を有する試験組成物のこの組に関する抑制ファクターf が9.0であることを示す負の勾配を有する。その抑制ファクターは、コポリマ ー樹脂が、高度の抑制能を有することを示す。 実施例10B 2−ニトロ−5−ヒドロキシスチレンが10モル%の量で存在し、および4− ヒドロキシスチレンが90モル%の量で存在することを除いて、実施例10Aに おいて与えられたものと同一の方法において、コポリマーを調製する。溶解抑制 レジストとしてのコポリマーの試験を、実施例10Aにおいてと同一の方法にお いて行った。このコポリマーを含有する試験組成物の組は、高度に抑制可能であ る、すなわち測定される抑制ファクターfは12.0であると決定される。 実施例10C 4−ヒドロキシスチレンの代わりの第2のコモノマーとしてスチレンを用いる ことを除いて、実施例10Aにおいて与えられた同一の方法において、コポリマ ーを調製する。スチレンは、80モル%の量で存在する。溶解抑制レジストと してのコポリマーの試験を、実施例10Aにおいてと同一の方法において行った 。このコポリマーを含有する試験組成物の組は、高度に抑制可能である、すなわ ち測定される抑制ファクターfは9.1であると決定される。 実施例10D この実施例において、ポリ(2−ニトロ−5−ヒドロキシスチレン)中に存在 する90%のフェノール性部分をメチル化し、得られるコポリマー中において、 10%のみが酸性のフェノール性部分のままであるようにする。コポリマーの合 成は以下に示すようなものである:ポリ(2−ニトロ−5−ヒドロキシスチレン )ホモポリマー(0.5g、0.003モルのヒドロキシル基を有する)および 0.113gのNaOHを10mLの水中に溶解する。その溶液を10℃におい て攪拌し、同時に、その溶液に対して0.253mL(0.0027モル)のジ メチル硫酸を滴下する。次に、その溶液を70℃において半時間にわたって攪拌 し、そして次に室温まで冷却する。次に、それを200mLの冷水中にゆっくり と滴下し、析出するポリマーを得る。そのポリマーを濾取し、乾燥し、そして秤 量した(0.46g)。そのポリマーを少量のアセトン中に再溶解し、そして20 0mLの水中へと再析出させる。次に、それを濾取し、および乾燥する。分析を 行って、ポリマー中の約10%の芳香環のみが遊離のヒドロキシル(OH)基を 担持していることを立証する。 溶解抑制レジストとしてのコポリマーの試験を、実施例10Aにおいてと同一 の方法において行った。このコポリマーを含有する試験組成物の組は、高度に抑 制可能である、すなわち測定される抑制ファクターfは11.9であると決定さ れる。 実施例11 この実施例は、ポリマーNであるポリ(2−シアノ−5−ヒドロキシ−スチレ ン)の合成手順を与える。 5グラムのポリマーF(0.03モルのニトロ基を有する)を、35mLのア セトンおよび5mLの水中に溶解させ;そこに、5.4グラム(0.046モル )の粒状のスズを添加する。前記の溶液を、冷水浴中で冷却状態に保持する。激 しく攪拌しながら、12mLの濃塩酸をゆっくりと滴下する。溶液を1時間にわ たって還流し、そして次に室温まで冷却する。その溶液を希NaOH(0.01 規定)を用いて中和し、そして次に500mLの冷水中に滴下し、その際にポリ マーLが析出する。以下の工程のために、生成物を濾取し、および乾燥する。 5グラム(0.037モル)のポリマーLを、30mLのアセトンおよび5m Lの水中の3.7mLの濃塩酸の溶液中に、溶解させる。激しく攪拌しながら、 その溶液を0℃に冷却し、そして次の9.25mLの濃塩酸および10mLの水 中の2.7グラムの亜硝酸ナトリウムの溶液の添加の間、その温度に維持する。 添加の後に、溶液をさらなる半時間にわたって攪拌し、次に少量の尿素を添加し て、過剰の亜硝酸を消失させる。シアン化物溶液が調製されている間、ジアゾニ ウム塩溶液を氷温に保持する。 0.045モルのシアン化銅(I)を、15mLの水中の5.83グラムのシ アン化カリウムの溶液中に溶解させる。そのシアン化銅(I)溶液を60℃に温 め、そして激しく攪拌しながら、冷ジアゾニウム塩溶液を一度に少量ずつ添加し 、温度を60〜70℃に保持する。添加の後に、反応を完了するために、その溶 液を、約20分間にわたって100℃に加熱する。その溶液を室温まで冷却し、 そして700mLの冷水中に滴下する。ポリマーNが析出し、それを濾取し、お よ び乾燥する。 ポリマーNの抑制能を試験するために、(適当な溶媒として)酢酸イソアミル 中のそのポリマーNの25質量%溶液を作成する。これに対して、5%の標準ジ アゾナフトキノンPAC(抑制剤)を添加する。この被覆剤溶液から、記載され るように、フィルムを流延する。このフィルムを、1時間にわたって90℃にお いて乾燥する。次に、水性の場合のその溶解速度を、レーザー干渉計を用いて、 またはDRM(溶解速度監視装置)中で測定する。この抑制能を、抑制ファクタ ーに換算して測定する。この条件におけるポリ(2−ニトロ−5−ヒドロキシ− スチレン)の抑制ファクターはf=6.1である際に、ホモポリマーであるポリ (2−シアノ−5−ヒドロキシ−スチレン)の抑制ファクターはf=4.9であ る。20%(モル)の2−シアノ−5−ヒドロキシスチレンモノマーを含有する コポリマーの抑制ファクターは、f=10である。 実施例12 この実施例は、溶解抑制レジスト組成物中で溶解促進剤として機能する、2つ の異性体のジヒドロキシ化合物の間の劇的な差異を示す。この実施例のレジスト 組成物は、3%の標準DNQ抑制剤(実施例1を参照されたい)を含有するノボ ラック樹脂である。3,4−ジヒドロキシ−トルエン(ビシナルのOHを含有す る)および3,5−ジヒドロキシ−トルエン(非ビシナルのOHを含有する)を 含有する組成物を調製し、および実施例7において概要を示した方法において試 験した。結果を表4にまとめる。ビシナルのOH基を持たない3,5−ジヒドロ キシ−トルエンは、予測されるように、典型的な溶解促進剤として機能する。図 4に示されるように、この場合において、3,5−ジヒドロキシ−トルエンの濃 度(Ca−重量%)が増大するのに伴って、溶解速度の対数(logR)が一様 に増加する。著しく対照的に、ビシナルOH基を有する3,4−ジヒドロキシ− トルエンは、予想に反して、典型的な溶解促進剤としては機能しなかった。この 後者の場合に関して図4中に示されるように、ビシナルジヒドロキシ化合物(3 ,4−ジヒドロキシ−トルエン)の4%の濃度までは、溶解速度の対数(log R)は本質的に一定のままであり、それは0〜4質量%のCa範囲にわたって、 それビシナルジヒドロキシ化合物が溶解促進剤として機能しないことを示す。4 %より高いCaレベルにおいて、そのビシナルジオールは、それから溶解促進剤 として機能し始める(Ca濃度が4%より高く増大するとともに、logRが増大 する)。モデルの非ポリマーの化合物に関するこれらの結果は、以下に示す理由 のために、対応するポリマー化合物の抑制能を暗示する。 3,4−ジヒドロキシトルエンの行動は、この分子が、ノボラックの被覆剤溶 液中の抑制剤(ジアゾナフトキノンスルホン酸フェニルエステル)により生成さ れるフェノール性ストリング(phenolic string)中に組み込まれていることを示 す。これが、このジヒドロキシ化合物が抑制されたノボラックの溶解を促進しな い理由である。また、抑制剤によって生成されるフェノール性ストリング中に組 み込まれることは、3,4−ジヒドロキシフェニル単位を担持するポリマーも、 この抑制剤とともにフェノール性ストリングを容易に形成するであろうこと、お よび結果として高度に抑制可能であろうことを意味する。対比して、3,5−ジ ヒドロキシトルエンはノボラックの溶解を加速する。そのことは、それが被覆剤 溶液中で単量体のフェノールとして機能し、および抑制剤のフェノール性ストリ ング中に組み込まれないことを示す。したがって、この特色を有するポリマーが 、抑制剤とともにフェノール性ストリングを形成することができるとはありそう もない。結果として、それは容易には抑制されないであろう。 実施例13 この実施例は、ポリマーPであるポリ(3,4−ジヒドロキシ−スチレン)の 合成の手順を与える。 5グラムの3,4−ジヒドロキシベンズアルデヒドを、50mLの無水酢酸中 に溶解させる。その溶液を窒素雰囲気で保護し、および2時間にわたって還流す る。次に無水酢酸を除去し、そして生成物を得た。それを、中性になるまで水洗 し、そして乾燥する。 1)メチルスルホニルカルバニオン溶液 窒素の保護下で、25mLのメチルスルホキシドを伴う0.015モルの水酸 化ナトリウムを、水素の発生が停止するまで室温において攪拌する、あるいは3 0分間にわたって70℃に加熱し; 2)メチルトリフェニルホスホニウムヨージド 0.015モルのトリフェニルホスフィンを、40mLのメチルスルホキシド 中に溶解させ、そして、室温において0.016モルのヨウ化メチルを滴下する 。前記の溶液を1時間にわたって攪拌し、そして次に50℃においてさらなる1 時間にわたって攪拌し、室温まで冷却し; 3)室温において、メチルスルホニルカルバニオン溶液にへと、メチルトリフェ ニルホスホニウムヨージド溶液を滴下し、半時間にわたって攪拌を継続する。 15mLのメチルスルホキシド中の0.015モルの化合物BBの溶液を、室 温において一度に添加し、およびその溶液を1時間にわたって、および55℃に おいてさらなる1時間にわたって攪拌する。反応容器を室温まで冷却し、そして 100mLの冷水を注加する。その混合物(固体および液体)を300mLのペ ンタンとともに振盪し、それをデカントし、水を1回組み合わせおよび洗浄し、 無水硫酸ナトリウム上で乾燥し、50mLの体積まで濃縮し、そして生成物を溶 離させるのに500mLのペンタンを用いて20グラムの中性アルミナを通して 濾過する。ペンタンが除去されて、生成物CCを与える。 2グラムのモノマー(CC)および20mgの開始剤(AIBN、1%)を、 15mLのTHF中に溶解させる。窒素下において、得られる溶液を8時間にわ たって60℃において攪拌する。その溶液を室温まで冷却し、そして300mL のイソプロパノール中にゆっくりと注加する。得られるポリマーOが析出し;そ れを濾取し、および乾燥する。 1グラムのポリマーOを、塩酸のメタノール性溶液50mL(1規定)中に溶 解させ、そして得られる溶液を3時間にわたって還流する。次に、その溶液を室 温まで冷却し、そして500mLの水中にゆっくりと注加する。ポリマーPが析 出し、および乾燥される。 前述のように、抑制能に関してポリマーPを試験する。前述の実施例の標準P AC(光活性成分)を用いるときの、ホモポリマーの抑制ファクターは、f=5 .5であるとわかった。20%の3,4−ジヒドロキシ−スチレンモノマーを含 有するコポリマーの抑制ファクターは、f=12である。 実施例14 この実施例は、ポリマーRであるポリ(3,5−ジヒドロキシ−スチレン)の 合成の手順を与える。 5グラムの3,5−ジヒドロキシベンズアルデヒドを、50mLの無水酢酸中 に溶解させる。その溶液を窒素下において、および2時間にわたって還流する。 次に無水酢酸を除去し、そして生成物を得た。それを、中性になるまで水洗し、 そして乾燥する。 1)メチルスルホニルカルバニオン溶液 窒素の保護下で、25mLのメチルスルホキシドを伴う0.015モルの水素 化ナトリウムを、水素の発生が停止するまで室温において攪拌し、あるいは30 分間にわたって70℃に加熱し; 2)メチルトリフェニルホスホニウムヨージド 0.015モルのトリフェニルホスフィンを、40mLのメチルスルホキシド 中に溶解させ、そして、室温において0.016モルのヨウ化メチルを滴下する 。前記の溶液を1時間にわたって攪拌し、そして次に50℃においてさらなる1 時間にわたって攪拌し、室温まで冷却し; 3)室温において、メチルスルホニルカルバニオン溶液中に、メチルトリフェニ ルホスホニウムヨージド溶液を滴下し、半時間にわたって攪拌を継続する。15 mLのメチルスルホキシド中の0.015モルの化合物EEの溶液を、室温にお いて一度に添加し、およびその溶液を1時間にわたって、および55℃において さらなる1時間にわたって攪拌する。その反応を室温まで冷却し、そして100 mLの冷水を注加する。その混合物(固体および液体)を300mLのペンタン とともに振盪し、それをデカントし、水を1回組み合わせおよび洗浄し、無水硫 酸ナトリウム上で乾燥し、50mLの体積まで濃縮し、そして生成物を溶離させ るのに500mLのペンタンを用いて20グラムの中性アルミナを通して濾過す る。ペンタンが除去されて、生成物FFを与える。 2グラムのモノマー(FF)および20mgの開始剤(AIBN、1%)を、 15mLのTHF中に溶解させる。窒素下において、得られる溶液を8時間にわ たって60℃において攪拌する。その溶液を室温まで冷却し、そして300mL のイソプロパノール中にゆっくりと注加する。得られるポリマーQが析出し、お よび乾燥される。 1グラムのポリマーQを、塩酸のメタノール性溶液50mL(1規定)中に溶 解させ、そして得られる溶液を3時間にわたって還流する。次に、その溶液を室 温まで冷却し、そして500mLの水中にゆっくりと注加する。ポリマーRが析 出し、および乾燥される。 前述のように、抑制能に関してポリマーRを試験する。前述の実施例の標準P AC(光活性成分)を用いるときの、ホモポリマーの抑制ファクターは、f=1 .8であるとわかった。20%(モル)の3,4−ジヒドロキシ−スチレンモノ マーを含有するコポリマーの抑制ファクターは、f=3.5である。 本発明をその好ましい形態において開示してきたとはいえ、本発明の真髄およ び範囲およびその等価物から離れることなしに、その中で多くの変更、追加およ び削除ができることは当業者にとって明白であろう。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成11年7月28日(1999.7.28) 【補正内容】 レジストの暴露された区域は、暴露されなかったものよりも非常に速く溶解し、 そのプロセスを早めに停止する場合には、パターン化された膜が、照射されなか った区域に残る。そのような材料は、ポジ型レジストとして機能する。 溶解抑制レジストを用いて達成することができるリソグラフィーのコントラス トは、抑制添加剤(光活性成分、すなわちPAC)のみならず、PACが分散さ れているフェノール性基材樹脂にも依存する。その樹脂をミクロリソグラフィー における使用に適当にする樹脂の基本的特性は、種々のジアゾナフトキノン(D NQ)または他の活性添加剤の添加により抑制される水性塩基への溶解を有する 樹脂の能力である。この特性は、一般的に「抑制能(inhibitability)」と呼ばれ る。特定の基材樹脂から製造されるレジストの画像コントラストを決定するのは 、この特性である。したがって、画像コントラストと抑制能は、密接に関連して いる。 特開平8−337616号公報は、化学的に増幅されるポジティブワーキング のフォトレジストを開示し、およびこれらの化学的に増幅されるシステム中の任 意選択の添加剤としてのある種の溶解制御剤は別として、溶解抑制レジストに関 する組成物または関連する主題を開示していない。たとえそれらが溶解制御剤を 含有してもよいとしても、そのような修正された化学的に増幅されるシステムは 、溶解抑制レジストとは全く別個でありおよび異なるものである。欧州特許公開 第0227487号公報は、1,2−キノンジアジドと、2種のフェノール性化 合物の縮合により製造されるアルカリ可溶のノボラック樹脂とから構成されるポ ジティブワーキングな放射線感受性の樹脂組成物を開示している。この文献は、 本発明の主題であるポリ(ビニルフェノール)類から構成されるフォトレジスト を開示していない。特開昭60−17739号公報は、ヒドロキシスチレンポリ マーと感光性アジド化合物とから構成されるネガティブワーキングのフォトレジ ストを開示している。この文献はネガのフォトレジストを開示しているので、本 発明のポジティブワーキングのフォトレジストに特に関係するものではない。欧 州特許公開第0190799号公報は、ポジティブワーキングのフォトレジスト 中において、ポリ(2,4−ジヒドロキシスチレン)のような結合剤とともに感 光性溶解抑制剤を使用することを開示している。この開示中のこの例示の結合剤 (ポリ(2,4−ジヒドロキシスチレン))は、ビシナルのヒドロキシル置換を備 えておらず、およびそれによって本発明とは離れたものを教示している。 ポリ(ヒドロキシスチレン)樹脂[ポリ(ビニルフェノール)樹脂]は、主と してその低い抑制能のために、これまでミクロリソグラフィーにおいて幅広く一 般的には用いられてこなかった。したがって、改良された抑制能を有する改良さ れたポリ(ヒドロキシスチレン)および他の樹脂に関する当該技術における必要 性が存在する。 発明の要旨 本発明の第1の実施形態は、ポジティブワーキングのフォトレジスト組成物で あって、 (a) 以下の構造を有するコモノマー単位Aを含むポリマーと (式中、R1、R2、R3、R4およびR5は、同一であっても異なっていてもよく 、およびH、OH、およびXからなる群から選択され; R1、R2、R3、R4およびR5の少なくとも1つはOHであり;およびR1、R2 、R3、R4およびR5の少なくとも1つはXであり;および Xは、ニトロ(−NO2)でもスルホン酸(−SO3H)でもないことを除いて 、前記少なくとも1つのOHに関する位置において0.45以上のHammettのσ定 数を有する置換基の群から選択される) (b) 前記フォトレジスト組成物をポジティブワーキングにすることができる 少なくとも1つの光活性成分と を含むフォトレジスト組成物である。 本発明の第2の実施形態は、ポジティブワーキングのフォトレジスト組成物で あって、 (a) 以下の構造を有するコモノマー単位Bを含むポリマーと (式中、R1、R2、R3、R4およびR5は、同一であっても異なっていてもよく 、およびH、およびOHからなる群から選択され; R1、R2、R3、R4およびR5の少なくとも2つはビシナル配列のOHであり 、そこでは前記少なくとも2つのOH基が隣接する炭素原子に結合している) (b) 前記フォトレジスト組成物をポジティブワーキングにすることができる 少なくとも1つの光活性成分であって、前記光活性成分は溶解抑制剤である光活 性成分と を含むフォトレジスト組成物である。 本発明の第3の実施形態は、ポジティブワーキングのフォトレジスト組成物で あって、 (a) 以下の構造を有するコモノマー単位Cを含むポリマーと (式中、R1、R2、R3、R4およびR5は、同一であっても異なっていてもよく 、およびH、OH、およびXからなる群から選択され; R1、R2、R3、R4およびR5の少なくとも2つはビシナル配列のOHであり 、そこでは前記少なくとも2つのOH基が隣接する炭素原子に結合しており;お よび Xは、ニトロ(−NO2)でもスルホン酸(−SO3H)でもないことを除いて 、前記少なくとも1つのOHに関する位置において0.45以上のHammettのσ定 数を有する置換基の群から選択される) (b) 前記フォトレジスト組成物をポジティブワーキングにすることができる 少なくとも1つの光活性成分であって、前記光活性成分は溶解抑制剤である光活 性成分と を含むフォトレジスト組成物である。 本発明の第4の実施形態は、ポジティブワーキングのフォトレジスト組成物で あって、 (a) 以下の構造を有する反復単位Dを含むノボラック樹脂と (式中、Xは、ニトロ(−NO2)でもスルホン酸(−SO3H)でもないことを 除いて、前記少なくとも1つのOHに関する位置において0.45以上のHammett のσ定数を有する置換基の群から選択され、R1およびR2は、独立的にC1〜C6 のアルキルである) (b) 前記フォトレジスト組成物をポジティブワーキングにすることができる 少なくとも1つの光活性成分と を含むフォトレジスト組成物である。 ニトロ基の知られている深UV域における強い吸収特性のために、本発明の全て の実施形態において、ニトロ(−NO2)置換基を明確に除去する。もし相当な 量のニトロ基を有する樹脂が本発明の組成物中に存在するならば、レジスト組成 物は相当に減少した光速度(photospeed)およびおそらく他の望ましくない特性を 有することが予測される。 本発明のレジスト組成物に対して有害な効果を有すると予想される、スルホン 酸の知られている高い酸性のために、本発明の全ての実施形態において、スルホ ン酸(−SO3H)置換基を明確に除去する。 上記の理由により本発明の全ての実施形態からニトロ置換基を明確に除去する 一方で、それにもかかわらずニトロ基のような電子吸引性基を含有する樹脂が、 電子吸引基を持たない比較可能な樹脂(例えば、無置換のPVP樹脂または無置 換のノボラック樹脂)に比較して、増大した抑制能を確かに有していることを示 すための実施例のいくつかにおいて、ニトロ基が用いられる。 その溶液を室温まで冷却し、そして700mLの冷水中に滴下する。ポリマーN が析出し、それを濾取し、および乾燥する。 ポリマーNの抑制能を試験するために、(適当な溶媒として)酢酸イソアミル 中のそのポリマーNの25質量%溶液を作成する。これに対して、5%の標準ジ アゾナフトキノンPAC(抑制剤)を添加する。この被覆剤溶液から、記載され るように、フィルムを流延する。このフィルムを、1時間にわたって90℃にお いて乾燥する。次に、水性の場合のその溶解速度を、レーザー干渉計を用いて、 またはDRM(溶解速度監視装置)中で測定する。この抑制能を、抑制ファクタ ーに換算して測定する。この条件におけるポリ(2−ニトロ−5−ヒドロキシ− スチレン)の抑制ファクターはf=6.1である際に、ホモポリマーであるポリ (2−シアノ−5−ヒドロキシ−スチレン)の抑制ファクターはf=4.9であ る。20%(モル)の2−シアノ−5−ヒドロキシスチレンモノマーを含有する コポリマーの抑制ファクターは、f=10である。 実施例12 この実施例は、2つの異性体のジヒドロキシ化合物の間の劇的な差異を示す。 当業者は、それらの両方ともが溶解抑制レジスト組成物中で溶解促進剤として機 能することを経験的に期待する。この実施例のレジスト組成物は、3%の標準D NQ抑制剤(実施例1を参照されたい)を含有するノボラック樹脂である。3, 4−ジヒドロキシ−トルエン(ビシナルのOHを含有する)および3,5−ジヒ ドロキシ−トルエン(非ビシナルのOHを含有する)を含有する組成物を調製し 、および実施例7において概要を示した方法において試験した。結果を表4にま とめる。ビシナルのOH基を持たない3,5−ジヒドロキシ−トルエンは、予測 されるように、典型的な溶解促進剤として機能する。図4に示されるように、こ の場合において、3,5−ジヒドロキシ−トルエンの濃度(Ca−重量%)が増 大するのに伴って、溶解速度の対数(logR)が一様に増加する。著しく対照 的に、ビシナルOH基を有する3,4−ジヒドロキシ−トルエンは、予想に反し て、典型的な溶解促進剤としては機能しなかった。この後者の場合に関して図4 中に 示されるように、ビシナルジヒドロキシ化合物(3,4−ジヒドロキシ−トルエ ン)の4%の濃度までは、溶解速度の対数(logR)は本質的に一定のままで あり、それは0〜4質量%のCa範囲にわたって、それビシナルジヒドロキシ化 合物が溶解促進剤として機能しないことを示す。4%より高いCaレベルにおい て、そのビシナルジオールは、それから溶解促進剤として機能し始める(Ca濃度 が4%より高く増大するとともに、logRが増大する)。モデルの非ポリマー の化合物に関するこれらの結果は、以下に示す理由のために、対応するポリマー 化合物の抑制能を暗示する。 3,4−ジヒドロキシトルエンの行動は、この分子が、ノボラックの被覆剤溶 液中の抑制剤(ジアゾナフトキノンスルホン酸フェニルエステル)により生成さ れるフェノール性ストリング(phenolic string)中に組み込まれていることを示 す。これが、このジヒドロキシ化合物が抑制されたノボラックの溶解を促進しな い理由である。 その混合物(固体および液体)を300mLのペンタンとともに振盪し、それを デカントし、水を1回組み合わせおよび洗浄し、無水硫酸ナトリウム上で乾燥し 、50mLの体積まで濃縮し、そして生成物を溶離させるのに500mLのペン タンを用いて20グラムの中性アルミナを通して濾過する。ペンタンが除去され て、生成物FFを与える。 2グラムのモノマー(FF)および20mgの開始剤(AIBN、1%)を、 15mLのTHF中に溶解させる。窒素下において、得られる溶液を8時間にわ たって60℃において攪拌する。その溶液を室温まで冷却し、そして300mL のイソプロパノール中にゆっくりと注加する。得られるポリマーQが析出し、お よび乾燥される。 1グラムのポリマーQを、塩酸のメタノール性溶液50mL(1規定)中に溶 解させ、そして得られる溶液を3時間にわたって還流する。次に、その溶液を室 温まで冷却し、そして500mLの水中にゆっくりと注加する。ポリマーRが析 出し、および乾燥される。 前述のように、抑制能に関してポリマーRを試験する。前述の実施例の標準P AC(光活性成分)を用いるときの、ホモポリマーの抑制ファクターは、f=1 .8であるとわかった。20%(モル)の3,4−ジヒドロキシ−スチレンモノ マ ーを含有するコポリマーの抑制ファクターは、f=3.5である。 請求の範囲 6. ポジティブワーキングのフォトレジスト組成物であって、 (a) 以下の構造を有するコモノマー単位Bを含むポリマーと(式中、R1、R2、R3、R4およびR5は、同一であっても異なっていてもよく 、およびH、およびOHからなる群から選択され; R1、R2、R3、R4およびR5の少なくとも2つはビシナル配列のOHであり 、そこでは前記少なくとも2つのOH基は隣接する炭素原子に結合している) (b) 前記フォトレジスト組成物をポジティブワーキングにすることができる 少なくとも1つの光活性成分であって、前記光活性成分は溶解抑制剤である光活 性成分と を含むことを特徴とする組成物。 7. ポジティブワーキングのフォトレジスト組成物であって、 (a) 以下の構造を有するコモノマー単位Cを含むポリマーと (式中、R1、R2、R3、R4およびR5は、同一であっても異なっていてもよく 、およびH、OH、およびXからなる群から選択され; R1、R2、R3、R4およびR5の少なくとも2つはビシナル配列のOHであ り、そこでは前記少なくとも2つのOH基は隣接する炭素原子に結合している、 ;および Xは、−NO2でも−SO3Hでもないことを除いて、前記少なくとも1つのOH に関する位置において0.45以上のHammettのシグマ定数を有する置換基の群 から選択される) (b) 前記フォトレジスト組成物をポジティブワーキングにすることができる 少なくとも1つの光活性成分であって、前記光活性成分は溶解抑制剤である光活 性成分と を含むフォトレジスト組成物。 8. 前記X置換基は、シアノ、トリフルオロメチル、それぞれのアルキルが独 立的にC1〜C6であるC1〜C6トリアルキルアンモニウム、SO2CH3、および SO2CF3からなる群から選択されることを特徴とする請求項7に記載の組成物 。 9. 前記ポリマーは、スチレン、ヒドロキシスチレン、非環式コモノマー、メ タクリル性コモノマー、脂肪族単環式コモノマー、および脂肪族多環式コモノマ ーからなる群から選択されるコモノマー単位Eをさらに含むことを特徴とする請 求項6または7に記載の組成物。 10. 前記ポリマーは、酸により開裂されるエステル結合で構成されるコモノ マー単位Fをさらに含むことを特徴とする請求項6または7に記載の組成物。 11. 前記光活性成分は、ジアゾナフトキノンおよびジアゾクマリンからなる 群から選択されることを特徴とする請求項6または7に記載の組成物。
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. ポジティブワーキングのフォトレジスト組成物であって、 (a) 以下の構造を有するコモノマー単位Aを含むポリマーと (式中、R1、R2、R3、R4およびR5は、同一であっても異なっていてもよく 、およびH、OH、およびXからなる群から選択され; R1、R2、R3、R4およびR5の少なくとも1つはOHであり;およびR1、R2 、R3、R4およびR5の少なくとも1つはXであり;および Xは、ニトロでも−SO3Hでもないことを除いて、前記少なくとも1つのOH に関する位置において0.45以上のHammettのシグマ定数を有する置換基の群 から選択される) (b) 前記フォトレジスト組成物をポジティブワーキングにすることができる 少なくとも1つの光活性成分と を含むことを特徴とする組成物。 2. 前記X置換基は、シアノ、トリフルオロメチル、それぞれのアルキルが独 立的にC1〜C6であるC1〜C6トリアルキルアンモニウム、SO2CH3、および SO2CF3からなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の組成物 。 3. 前記ポリマーは、スチレン、ヒドロキシスチレン、非環式コモノマー、メ タクリル性コモノマー、脂肪族単環式コモノマー、および脂肪族多環式コモノマ ーからなる群から選択されるコモノマー単位Eをさらに含むことを特徴とする 請求項1に記載の組成物。 4. 前記ポリマーは、酸により開裂されるエステル結合で構成されるコモノマ ー単位Eをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。 5. 前記光活性成分は、ジアゾナフトキノンおよびジアゾクマリンからなる群 から選択されることを特徴とする請求項1に記載の組成物。 6. ポジティブワーキングのフォトレジスト組成物であって、 (a) 以下の構造を有するコモノマー単位Bを含むポリマーと (式中、R1、R2、R3、R4およびR5は、同一であっても異なっていてもよく 、およびH、およびOHからなる群から選択され; R1、R2、R3、R4およびR5の少なくとも2つはビシナル配列のOHであり 、そこでは前記少なくとも2つのOH基は隣接する炭素原子に結合している) (b) 前記フォトレジスト組成物をポジティブワーキングにすることができる 少なくとも1つの光活性成分と を含むことを特徴とする組成物。 7. ポジティブワーキングのフォトレジスト組成物であって、 (a) 以下の構造を有するコモノマー単位Cを含むポリマーと (式中、R1、R2、R3、R4およびR5は、同一であっても異なっていてもよく 、およびH、OH、およびXからなる群から選択され; R1、R2、R3、R4およびR5の少なくとも2つはビシナル配列のOHであり 、そこでは前記少なくとも2つのOH基は隣接する炭素原子に結合している、; および Xは、−NO2でも−SO3Hでもないことを除いて、前記少なくとも1つのOH に関する位置において0.45以上のHammettのシグマ定数を有する置換基の群 から選択される) (b) 前記フォトレジスト組成物をポジティブワーキングにすることができる 少なくとも1つの光活性成分と を含むフォトレジスト組成物。 8. 前記X置換基は、シアノ、トリフルオロメチル、それぞれのアルキルが独 立的にC1〜C6であるC1〜C6トリアルキルアンモニウム、SO2CH3、および SO2CF3からなる群から選択されることを特徴とする請求項7に記載の組成物 。 9. 前記ポリマーは、スチレン、ヒドロキシスチレン、非環式コモノマー、メ タクリル性コモノマー、脂肪族単環式コモノマー、および脂肪族多環式コモノマ ーからなる群から選択されるコモノマー単位Eをさらに含むことを特徴とする請 求項6または7に記載の組成物。 10. 前記ポリマーは、酸により開裂されるエステル結合で構成されるコモノ マー単位Fをさらに含むことを特徴とする請求項6または7に記載の組成物。 11. 前記光活性成分は、ジアゾナフトキノンおよびジアゾクマリンからなる 群から選択されることを特徴とする請求項6または7に記載の組成物。 12. ポジティブワーキングのフォトレジスト組成物であって、 (a) 以下の構造を有する反復単位Dを含むノボラック樹脂と (式中、Xは、ニトロでも−SO3Hでもないことを除いて、前記少なくとも1 つのOHに関する位置において0.45以上のHammettのシグマ定数を有する置換 基の群から選択される) (b) 前記フォトレジスト組成物をポジティブワーキングにすることができる 少なくとも1つの光活性成分と を含むことを特徴とする組成物。 13. 前記X置換基は、シアノ、トリフルオロメチル、それぞれのアルキルが 独立的にC1〜C6であるC1〜C6トリアルキルアンモニウム、SO2CH3、およ びSO2CF3からなる群から選択されることを特徴とする請求項12に記載の組 成物。 14. 前記光活性成分は、ジアゾナフトキノンおよびジアゾクマリンからなる 群から選択されることを特徴とする請求項12に記載の組成物。
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