JP2006317583A - MEMS(MicroElectroMechanicalSystems)を製造するためのネガ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 メッキ耐性に優れた高解像性のレジストパターンを形成でき、MEMSを製造するために好適に用いられるネガ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法を提供する。
【解決手段】 アルカリ可溶性ノボラック樹脂(A)、放射線の照射により酸を発生する酸発生剤成分(B)、および架橋剤成分(C)を含有する、MEMSを製造するためのネガ型レジスト組成物。
【選択図】 なし
【解決手段】 アルカリ可溶性ノボラック樹脂(A)、放射線の照射により酸を発生する酸発生剤成分(B)、および架橋剤成分(C)を含有する、MEMSを製造するためのネガ型レジスト組成物。
【選択図】 なし
Description
本発明は、磁気ヘッド等のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)の製造に好適に使用されるネガ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法に関する。
半導体素子や液晶表示素子等の製造においては、リソグラフィー技術を基本とした微細加工技術が用いられており、近年、リソグラフィー技術の進歩により急速に微細化が進んでいる。
微細化の手法としては一般に露光光源の短波長化が行われている。具体的には、従来は、上述したように、g線、i線に代表される紫外線が用いられていたが、現在では、KrFエキシマレーザー(248nm)が量産の中心となり、さらにArFエキシマレーザー(193nm)が量産で導入され始めている。また、F2エキシマレーザー(157nm)や極端紫外光(EUV)、電子線(EB)等を光源(放射線源)として用いるリソグラフィー技術についても研究が行われている。
微細化の手法としては一般に露光光源の短波長化が行われている。具体的には、従来は、上述したように、g線、i線に代表される紫外線が用いられていたが、現在では、KrFエキシマレーザー(248nm)が量産の中心となり、さらにArFエキシマレーザー(193nm)が量産で導入され始めている。また、F2エキシマレーザー(157nm)や極端紫外光(EUV)、電子線(EB)等を光源(放射線源)として用いるリソグラフィー技術についても研究が行われている。
リソグラフィー技術に用いられるレジスト材料には、露光光源に対する感度を有することが必要となる。一般に、レジスト材料には、被膜形成能を有するベース樹脂が用いられている。従来、露光光源としてはg線やi線が主流であり、これらの光源を用いる場合には、たとえばネガ型の場合、ベース樹脂としてアルカリ可溶性ノボラック樹脂と、架橋剤成分としてメラミン樹脂や尿素樹脂などのアミノ樹脂とを組み合わせたネガ型レジスト組成物(非化学増幅型)が多く利用されていた。
近年の露光光源の短波長化および要求される寸法の微細化に伴い、レジスト材料には、露光光源に対する感度と解像性のさらなる向上が求められている。そのため、KrFエキシマレーザー以降では、主に、レジスト材料として、ベース樹脂と、露光により酸を発生する酸発生剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物が用いられている。化学増幅型レジストとしては、たとえばネガ型の場合、主に、アルカリ可溶性樹脂と酸発生剤と架橋剤とを含有するものが用いられており、レジストパターン形成時に、露光により酸発生剤から酸が発生すると露光部がアルカリ不溶性となる。
また、露光光源の短波長化に伴って、レジスト材料に用いられるベース樹脂も変化しており、たとえばKrFエキシマレーザーを光源とする場合には、主に、ポリヒドロキシスチレン(PHS)系樹脂が用いられている。また、ArFエキシマレーザーを光源とする場合には、主に、(メタ)アクリル酸から誘導される構成単位を主鎖に有する樹脂(アクリル系樹脂)などが一般的に用いられている。
近年の露光光源の短波長化および要求される寸法の微細化に伴い、レジスト材料には、露光光源に対する感度と解像性のさらなる向上が求められている。そのため、KrFエキシマレーザー以降では、主に、レジスト材料として、ベース樹脂と、露光により酸を発生する酸発生剤とを含有する化学増幅型レジスト組成物が用いられている。化学増幅型レジストとしては、たとえばネガ型の場合、主に、アルカリ可溶性樹脂と酸発生剤と架橋剤とを含有するものが用いられており、レジストパターン形成時に、露光により酸発生剤から酸が発生すると露光部がアルカリ不溶性となる。
また、露光光源の短波長化に伴って、レジスト材料に用いられるベース樹脂も変化しており、たとえばKrFエキシマレーザーを光源とする場合には、主に、ポリヒドロキシスチレン(PHS)系樹脂が用いられている。また、ArFエキシマレーザーを光源とする場合には、主に、(メタ)アクリル酸から誘導される構成単位を主鎖に有する樹脂(アクリル系樹脂)などが一般的に用いられている。
一方、近年注目されている技術の1つとして、MEMSがある。MEMSは、立体的微細加工技術であるマイクロマシニング技術により、基板上に様々な微細構造体(センサ等の機能素子、電極、配線、バンプ、リード等の接続端子など)が集積化された高度な小型システムである。MEMSは、磁気記録媒体の磁気ヘッド等の各種センサ等として、情報通信、自動車、医療、バイオなど様々な分野への展開が期待されている。
かかるMEMSの製造に用いられるマイクロマシニング技術には、リソグラフィー技術が利用されている。たとえば、特許文献1には、特定の形状のレジストパターンを用いて磁気ヘッド等のマイクロデバイスを製造する方法が記載されている。
特開2002−110536号公報
かかるMEMSの製造に用いられるマイクロマシニング技術には、リソグラフィー技術が利用されている。たとえば、特許文献1には、特定の形状のレジストパターンを用いて磁気ヘッド等のマイクロデバイスを製造する方法が記載されている。
MEMSのさらなる微細化が進む中、レジスト材料には、微細加工を施すために、高解像性のレジストパターンを形成できることが求められている。
微細化の手法としては、上述したように、露光光源の短波長化が一般的である。
しかし、たとえば樹脂成分としてPHS系樹脂などを用いた従来の化学増幅型のネガ型レジスト組成物は、高感度で高解像性のレジストパターンを形成できるとされているものの、MEMSの製造において必要とされる種々の耐性が充分でないという問題がある。
たとえば、MEMSの製造においては、配線や接続端子等の微細な金属構造体を形成するために、レジスト材料を用いてレジストパターンを形成し、該レジストパターンの非レジスト部にメッキを施すことが行われるが、その際のメッキ液等に対する耐性(メッキ耐性)が求められる。
しかし、上述したような従来の化学増幅型のネガ型レジスト組成物を用いた場合、メッキ処理を施した際に、レジストパターン太り等が生じ、メッキが剥がれてしまうなどの問題がある。
微細化の手法としては、上述したように、露光光源の短波長化が一般的である。
しかし、たとえば樹脂成分としてPHS系樹脂などを用いた従来の化学増幅型のネガ型レジスト組成物は、高感度で高解像性のレジストパターンを形成できるとされているものの、MEMSの製造において必要とされる種々の耐性が充分でないという問題がある。
たとえば、MEMSの製造においては、配線や接続端子等の微細な金属構造体を形成するために、レジスト材料を用いてレジストパターンを形成し、該レジストパターンの非レジスト部にメッキを施すことが行われるが、その際のメッキ液等に対する耐性(メッキ耐性)が求められる。
しかし、上述したような従来の化学増幅型のネガ型レジスト組成物を用いた場合、メッキ処理を施した際に、レジストパターン太り等が生じ、メッキが剥がれてしまうなどの問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、メッキ耐性に優れたレジストパターンを形成でき、MEMSを製造するために好適に用いられるネガ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の第一の態様は、アルカリ可溶性ノボラック樹脂(A)、放射線の照射により酸を発生する酸発生剤成分(B)、および架橋剤成分(C)を含有する、MEMSを製造するためのネガ型レジスト組成物である。
また、本発明の第二の態様は、第一の態様に記載のネガ型レジスト組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を選択的に露光する工程、および前記レジスト膜をアルカリ現像してレジストパターンを形成する工程を含むレジストパターン形成方法である。
すなわち、本発明の第一の態様は、アルカリ可溶性ノボラック樹脂(A)、放射線の照射により酸を発生する酸発生剤成分(B)、および架橋剤成分(C)を含有する、MEMSを製造するためのネガ型レジスト組成物である。
また、本発明の第二の態様は、第一の態様に記載のネガ型レジスト組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を選択的に露光する工程、および前記レジスト膜をアルカリ現像してレジストパターンを形成する工程を含むレジストパターン形成方法である。
なお、本発明において、露光には電子線の照射も含まれる。
本発明によれば、メッキ耐性に優れた高解像性のレジストパターンを形成でき、MEMSを製造するために好適に用いられるネガ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法を提供できる。
<ネガ型レジスト組成物>
本発明のネガ型レジスト組成物は、アルカリ可溶性ノボラック樹脂(A)(以下、(A)成分ということがある)、放射線の照射により酸を発生する酸発生剤成分(B)(以下、(B)成分ということがある)、および架橋剤成分(C)(以下、(C)成分ということがある)を含有するものである。
かかるネガ型レジスト組成物においては、露光により前記(B)成分から発生した酸が作用すると、(A)成分と(C)成分との間で架橋が起こり、ネガ型レジスト組成物全体がアルカリ不溶性へと変化する。そのため、レジストパターンの形成において、該ネガ型レジスト組成物からなるレジスト膜を選択的に露光すると、または露光に加えて露光後加熱すると、露光部はアルカリ不溶性へ転じる一方で未露光部はアルカリ可溶性のまま変化しないので、アルカリ現像することによりネガ型のレジストパターンが形成できる。
本発明のネガ型レジスト組成物は、アルカリ可溶性ノボラック樹脂(A)(以下、(A)成分ということがある)、放射線の照射により酸を発生する酸発生剤成分(B)(以下、(B)成分ということがある)、および架橋剤成分(C)(以下、(C)成分ということがある)を含有するものである。
かかるネガ型レジスト組成物においては、露光により前記(B)成分から発生した酸が作用すると、(A)成分と(C)成分との間で架橋が起こり、ネガ型レジスト組成物全体がアルカリ不溶性へと変化する。そのため、レジストパターンの形成において、該ネガ型レジスト組成物からなるレジスト膜を選択的に露光すると、または露光に加えて露光後加熱すると、露光部はアルカリ不溶性へ転じる一方で未露光部はアルカリ可溶性のまま変化しないので、アルカリ現像することによりネガ型のレジストパターンが形成できる。
「(A)成分」
本発明のネガ型レジスト組成物において、(A)成分は、アルカリ可溶性ノボラック樹脂である。
(A)成分としては、特に制限されるものでなく、従来、ネガ型レジスト組成物において被膜形成物質として通常用いられ得るものとして提案されているものの中から任意に選ぶことができ、好ましくは、芳香族ヒドロキシ化合物と、アルデヒド類および/またはケトン類とを縮合反応させて得られるノボラック樹脂を挙げることができる。
本発明のネガ型レジスト組成物において、(A)成分は、アルカリ可溶性ノボラック樹脂である。
(A)成分としては、特に制限されるものでなく、従来、ネガ型レジスト組成物において被膜形成物質として通常用いられ得るものとして提案されているものの中から任意に選ぶことができ、好ましくは、芳香族ヒドロキシ化合物と、アルデヒド類および/またはケトン類とを縮合反応させて得られるノボラック樹脂を挙げることができる。
ノボラック樹脂の合成に用いられる芳香族ヒドロキシ化合物としては、例えばフェノール;m−クレゾール、p−クレゾール、o−クレゾール等のクレゾール類;2,3−キシレノール、2,5−キシレノール、3,5−キシレノール、3,4−キシレノール等のキシレノール類;m−エチルフェノール、p−エチルフェノール、o−エチルフェノール、2,3,5−トリメチルフェノール、2,3,5−トリエチルフェノール、4−tert−ブチルフェノール、3−tert−ブチルフェノール、2−tert−ブチルフェノール、2−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2−tert−ブチル−5−メチルフェノール等のアルキルフェノール類;p−メトキシフェノール、m−メトキシフェノール、p−エトキシフェノール、m−エトキシフェノール、p−プロポキシフェノール、m−プロポキシフェノール等のアルコキシフェノール類;o−イソプロペニルフェノール、p−イソプロペニルフェノール、2−メチル−4−イソプロペニルフェノール、2−エチル−4−イソプロペニルフェノール等のイソプロペニルフェノール類;フェニルフェノール等のアリールフェノール類;4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ビスフェノールA、レゾルシノール、ヒドロキノン、ピロガロール等のポリヒドロキシフェノール類等を挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、また2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ノボラック樹脂の合成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、トリオキサン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、トリメチルアセトアルデヒド、アクロレイン、クロトンアルデヒド、シクロヘキサンアルデヒド、フルフラール、フリルアクロレイン、ベンズアルデヒド、テレフタルアルデヒド、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、o−メチルベンズアルデヒド、m−メチルベンズアルデヒド、p−メチルベンズアルデヒド、o−クロロベンズアルデヒド、m−クロロベンズアルデヒド、p−クロロベンズアルデヒド、ケイ皮酸アルデヒド等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、また2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらのアルデヒド類の中では、入手のしやすさからホルムアルデヒドを用いることが好ましい。特に、耐熱性が良好であることから、ホルムアルデヒドと、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等のヒドロキシベンズアルデヒド類とを組み合わせて用いるのが好ましい。
これらのアルデヒド類の中では、入手のしやすさからホルムアルデヒドを用いることが好ましい。特に、耐熱性が良好であることから、ホルムアルデヒドと、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等のヒドロキシベンズアルデヒド類とを組み合わせて用いるのが好ましい。
ノボラック樹脂の合成に用いられるケトン類としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ジフェニルケトン等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、また2種以上を組み合わせて用いてもよい。
さらにまた、上記アルデヒド類とケトン類とを適宜組み合わせて用いてもよい。
さらにまた、上記アルデヒド類とケトン類とを適宜組み合わせて用いてもよい。
ノボラック樹脂は、前記芳香族ヒドロキシ化合物とアルデヒド類および/またはケトン類とを、酸性触媒の存在下、公知の方法で縮合反応させることにより製造することができる。その際の酸性触媒としては、塩酸、硫酸、ギ酸、シュウ酸、パラトルエンスルホン酸等を使用することができる。
ノボラック樹脂の質量平均分子量(Mw)(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算)、すなわち酸解離性溶解抑制基で保護される前の(A)成分のMwは、2000〜50000の範囲内であることが好ましく、3000〜20000がより好ましく、4000〜15000がさらに好ましい。該Mwが2000以上であると、ネガ型レジスト組成物を有機溶剤に溶解して基板上に塗布する際の塗布性が良好であり、50000以下であると、解像性が良好である。
本発明において、ノボラック樹脂は、低分子量体を分別除去する処理が施されたものであることが好ましい。これにより、耐熱性がさらに向上する。
ここで、本明細書における低分子量体には、例えばノボラック樹脂の合成に用いた芳香族ヒドロキシ化合物、アルデヒド類、ケトン類等のモノマーのうち、反応せずに残った残留モノマー、該モノマーが2分子結合したダイマー、3分子結合したトリマー等(モノマーおよび2〜3核体等)が含まれる。
低分子量体の分別処理方法としては、特に限定はなく、例えば、イオン交換樹脂を用いて精製する方法や、当該樹脂の良溶媒(アルコールなど)と貧溶媒(水など)とを用いた公知の分別操作を用いることができる。前者の方法によれば低分子量体とともに、酸成分やメタル成分を除去することも可能である。
かかる低分子量体の分別除去処理における収率は50〜95質量%の範囲が望ましい。50質量%以上であると、露光部と未露光部との間における溶解速度の差が大きくなり、解像性が良好である。また、95質量%以下であると、分別除去を行うことによる効果が十分に得られる。
また、Mwが500以下の低分子量体の含有量は、GPCチャート上15%以下、好ましくは12%以下であることが好ましい。15%以下とすることにより、レジストパターンの耐熱性向上効果が奏されるのと同時に、加熱処理時の昇華物の発生量を抑制する効果が奏される。
ここで、本明細書における低分子量体には、例えばノボラック樹脂の合成に用いた芳香族ヒドロキシ化合物、アルデヒド類、ケトン類等のモノマーのうち、反応せずに残った残留モノマー、該モノマーが2分子結合したダイマー、3分子結合したトリマー等(モノマーおよび2〜3核体等)が含まれる。
低分子量体の分別処理方法としては、特に限定はなく、例えば、イオン交換樹脂を用いて精製する方法や、当該樹脂の良溶媒(アルコールなど)と貧溶媒(水など)とを用いた公知の分別操作を用いることができる。前者の方法によれば低分子量体とともに、酸成分やメタル成分を除去することも可能である。
かかる低分子量体の分別除去処理における収率は50〜95質量%の範囲が望ましい。50質量%以上であると、露光部と未露光部との間における溶解速度の差が大きくなり、解像性が良好である。また、95質量%以下であると、分別除去を行うことによる効果が十分に得られる。
また、Mwが500以下の低分子量体の含有量は、GPCチャート上15%以下、好ましくは12%以下であることが好ましい。15%以下とすることにより、レジストパターンの耐熱性向上効果が奏されるのと同時に、加熱処理時の昇華物の発生量を抑制する効果が奏される。
「(B)成分」
(B)成分としては、電子線の照射により酸を発生するものであればよく、これまで化学増幅型レジスト用の酸発生剤として提案されているもののなかから、電子線の照射により酸を発生するもの任意に選択して使用することができる。
化学増幅型レジスト用の酸発生剤としては、これまで、ヨードニウム塩やスルホニウム塩などのオニウム塩系酸発生剤、オキシムスルホネート系酸発生剤、ビスアルキルまたはビスアリールスルホニルジアゾメタン類、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類などのジアゾメタン系酸発生剤、ニトロベンジルスルホネート系酸発生剤、イミノスルホネート系酸発生剤、ジスルホン系酸発生剤など多種のものが知られている。
(B)成分としては、電子線の照射により酸を発生するものであればよく、これまで化学増幅型レジスト用の酸発生剤として提案されているもののなかから、電子線の照射により酸を発生するもの任意に選択して使用することができる。
化学増幅型レジスト用の酸発生剤としては、これまで、ヨードニウム塩やスルホニウム塩などのオニウム塩系酸発生剤、オキシムスルホネート系酸発生剤、ビスアルキルまたはビスアリールスルホニルジアゾメタン類、ポリ(ビススルホニル)ジアゾメタン類などのジアゾメタン系酸発生剤、ニトロベンジルスルホネート系酸発生剤、イミノスルホネート系酸発生剤、ジスルホン系酸発生剤など多種のものが知られている。
これらの中でも、オキシムスルホネート系酸発生剤は、本発明の効果に優れるため好ましい。
ここで、オキシムスルホネート系酸発生剤とは、下記一般式(B−1)で表される基を少なくとも1つ有する化合物、若しくは、下記一般式(III)または(IV)で表される化合物であって、放射線の照射によって酸を発生する特性を有するものである。
ここで、オキシムスルホネート系酸発生剤とは、下記一般式(B−1)で表される基を少なくとも1つ有する化合物、若しくは、下記一般式(III)または(IV)で表される化合物であって、放射線の照射によって酸を発生する特性を有するものである。
R21、R22の有機基は、炭素原子を含む基であり、炭素原子以外の原子(たとえば水素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子等)等)を有していてもよい。
R21の有機基としては、直鎖、分岐または環状のアルキル基またはアリール基が好ましい。これらのアルキル基、アリール基は置換基を有していても良い。該置換基としては、特に制限はなく、たとえばフッ素原子、炭素数1〜6の直鎖、分岐または環状のアルキル基等が挙げられる。ここで、「置換基を有する」とは、アルキル基またはアリール基の水素原子の一部または全部が置換基で置換されていることを意味する。
アルキル基としては、炭素数1〜20が好ましく、炭素数1〜10がより好ましく、炭素数1〜8がさらに好ましく、炭素数1〜6が特に好ましく、炭素数1〜4が最も好ましい。アルキル基としては、特に、部分的または完全にハロゲン化されたアルキル基(以下、ハロゲン化アルキル基ということがある)が好ましい。なお、部分的にハロゲン化されたアルキル基とは、水素原子の一部がハロゲン原子で置換されたアルキル基を意味し、完全にハロゲン化されたアルキル基とは、水素原子の全部がハロゲン原子で置換されたアルキル基を意味する。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。すなわち、ハロゲン化アルキル基は、フッ素化アルキル基であることが好ましい。
アリール基は、炭素数4〜20が好ましく、炭素数4〜10がより好ましく、炭素数6〜10が最も好ましい。アリール基としては、特に、部分的または完全にハロゲン化されたアリール基が好ましい。なお、部分的にハロゲン化されたアリール基とは、水素原子の一部がハロゲン原子で置換されたアリール基を意味し、完全にハロゲン化されたアリール基とは、水素原子の全部がハロゲン原子で置換されたアリール基を意味する。
R21としては、特に、置換基を有さない炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1〜4のフッ素化アルキル基が好ましい。
R21の有機基としては、直鎖、分岐または環状のアルキル基またはアリール基が好ましい。これらのアルキル基、アリール基は置換基を有していても良い。該置換基としては、特に制限はなく、たとえばフッ素原子、炭素数1〜6の直鎖、分岐または環状のアルキル基等が挙げられる。ここで、「置換基を有する」とは、アルキル基またはアリール基の水素原子の一部または全部が置換基で置換されていることを意味する。
アルキル基としては、炭素数1〜20が好ましく、炭素数1〜10がより好ましく、炭素数1〜8がさらに好ましく、炭素数1〜6が特に好ましく、炭素数1〜4が最も好ましい。アルキル基としては、特に、部分的または完全にハロゲン化されたアルキル基(以下、ハロゲン化アルキル基ということがある)が好ましい。なお、部分的にハロゲン化されたアルキル基とは、水素原子の一部がハロゲン原子で置換されたアルキル基を意味し、完全にハロゲン化されたアルキル基とは、水素原子の全部がハロゲン原子で置換されたアルキル基を意味する。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。すなわち、ハロゲン化アルキル基は、フッ素化アルキル基であることが好ましい。
アリール基は、炭素数4〜20が好ましく、炭素数4〜10がより好ましく、炭素数6〜10が最も好ましい。アリール基としては、特に、部分的または完全にハロゲン化されたアリール基が好ましい。なお、部分的にハロゲン化されたアリール基とは、水素原子の一部がハロゲン原子で置換されたアリール基を意味し、完全にハロゲン化されたアリール基とは、水素原子の全部がハロゲン原子で置換されたアリール基を意味する。
R21としては、特に、置換基を有さない炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1〜4のフッ素化アルキル基が好ましい。
R22の有機基としては、直鎖、分岐または環状のアルキル基、アリール基またはシアノ基が好ましい。R22のアルキル基、アリール基としては、前記R21で挙げたアルキル基、アリール基と同様のものが挙げられる。
R22としては、特に、シアノ基、置換基を有さない炭素数1〜8のアルキル基、または炭素数1〜8のフッ素化アルキル基が好ましい。
R22としては、特に、シアノ基、置換基を有さない炭素数1〜8のアルキル基、または炭素数1〜8のフッ素化アルキル基が好ましい。
オキシムスルホネート系酸発生剤としては、下記一般式(III)または(IV)で表される化合物(USP 6004724参照。)が、電子線の照射に対する酸発生効率が高いことから、好ましく用いられる。
かかる化合物としては、特に、下記式(V)で表されるチオレン含有オキシムスルホネートが好ましい。
また、これらの他に、(B)成分としては、下記式(VI)で表されるトリアジン化合物(VI)[ビス(トリクロロメチル)トリアジン]、該トリアジン化合物(VI)と下記式(VII)で表されるトリアジン化合物(VII)[ビス(トリクロロメチル)トリアジン]とを所望に応じて組み合わせたもの(特開平6−289614号公報、特開平7−134412号公報参照。)、下記式(VIII)で表される化合物、下記式(IX)で表される化合物などが挙げられる。
トリアジン化合物(VI)として、具体的には、例えば2−[2−(3,4−ジメトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3−メトキシ−4−エトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3−メトキシ−4−プロポキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3−エトキシ−4−メトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3,4−ジエトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3−エトキシ−4−プロポキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3−プロポキシ−4−メトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3−プロポキシ−4−エトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3,4―ジプロポキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−,3,5−トリアジンなどを挙げることができる。これらのトリアジン化合物は単独で用いてもよいし、また2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記トリアジン化合物(VI)と所望に応じて組み合わせて用いられる上記トリアジン化合物(VII)としては、例えば2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−エトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−プロポキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−ブトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−エトキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−プロポキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−ブトキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシ−6−カルボキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシ−6−ヒドロキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(2−フリル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(5−メチル−2−フリル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(5−エチル−2−フリル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(5−プロピル−2−フリル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3,5−ジメトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3−メトキシ−5−エトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3−メトキシ−5−プロポキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3−エトキシ−5−メトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3,5−ジエトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3−エトキシ−5−プロポキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3−プロポキシ−5−メトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3−プロポキシ−5−エトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−2−(3,5−ジプロポキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(3,4−メチレンジオキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3,4−メチレンジオキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジンなどが挙げられる。これらのトリアジン化合物は1種用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの化合物は単独で用いてもよいし、また2種以上を組み合わせて用いてもよい。以上例示した化合物の中でも、特に、上記式(V)で表される化合物および式(IX)で表される化合物は、電子線に対する酸発生効率に優れるため、好ましく用いられる。
本発明においては、(B)成分として、上記オキシムスルホネート系酸発生剤と、オニウム塩系酸発生剤とを併用してもよい。
オニウム塩系酸発生剤としては、下記一般式(b−1)または(b−2)で表される化合物が挙げられる。
オニウム塩系酸発生剤としては、下記一般式(b−1)または(b−2)で表される化合物が挙げられる。
式(b−1)中、R1”〜R3”はそれぞれ独立にアリール基またはアルキル基を表す。R1”〜R3”のうち、少なくとも1つはアリール基を表す。R1”〜R3”のうち、2以上がアリール基であることが好ましく、R1”〜R3”のすべてがアリール基であることが最も好ましい。
R1”〜R3”のアリール基としては、特に制限はなく、例えば、炭素数6〜20のアリール基であって、該アリール基は、その水素原子の一部または全部がアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子等で置換されていてもよく、されていなくてもよい。アリール基としては、安価に合成可能なことから、炭素数6〜10のアリール基が好ましい。具体的には、たとえばフェニル基、ナフチル基が挙げられる。
前記アリール基の水素原子が置換されていても良いアルキル基としては、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n‐ブチル基、tert‐ブチル基であることが最も好ましい。
前記アリール基の水素原子が置換されていても良いアルコキシ基としては、炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
前記アリール基の水素原子が置換されていても良いハロゲン原子としては、フッ素原子であることが好ましい。
R1”〜R3”のアルキル基としては、特に制限はなく、例えば炭素数1〜10の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基等が挙げられる。解像性に優れる点から、炭素数1〜5であることが好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、n−ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ノニル基、デカニル基等が挙げられ、解像性に優れ、また安価に合成可能なことから好ましいものとして、メチル基を挙げることができる。
これらの中で、R1”〜R3”はすべてフェニル基であることが最も好ましい。
R1”〜R3”のアリール基としては、特に制限はなく、例えば、炭素数6〜20のアリール基であって、該アリール基は、その水素原子の一部または全部がアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子等で置換されていてもよく、されていなくてもよい。アリール基としては、安価に合成可能なことから、炭素数6〜10のアリール基が好ましい。具体的には、たとえばフェニル基、ナフチル基が挙げられる。
前記アリール基の水素原子が置換されていても良いアルキル基としては、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n‐ブチル基、tert‐ブチル基であることが最も好ましい。
前記アリール基の水素原子が置換されていても良いアルコキシ基としては、炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
前記アリール基の水素原子が置換されていても良いハロゲン原子としては、フッ素原子であることが好ましい。
R1”〜R3”のアルキル基としては、特に制限はなく、例えば炭素数1〜10の直鎖状、分岐状または環状のアルキル基等が挙げられる。解像性に優れる点から、炭素数1〜5であることが好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、n−ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ノニル基、デカニル基等が挙げられ、解像性に優れ、また安価に合成可能なことから好ましいものとして、メチル基を挙げることができる。
これらの中で、R1”〜R3”はすべてフェニル基であることが最も好ましい。
R4”は、直鎖、分岐または環状のアルキル基またはフッ素化アルキル基を表す。
前記直鎖のアルキル基としては、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8であることがさらに好ましく、炭素数1〜4であることが最も好ましい。
前記環状のアルキル基としては、前記R1”で示したような環式基であって、炭素数4〜15であることが好ましく、炭素数4〜10であることがさらに好ましく、炭素数6〜10であることが最も好ましい。
前記フッ素化アルキル基としては、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8であることがさらに好ましく、炭素数1〜4であることが最も好ましい。また。該フッ化アルキル基のフッ素化率(アルキル基中のフッ素原子の割合)は、好ましくは10〜100%、さらに好ましくは50〜100%であり、特に水素原子をすべてフッ素原子で置換したものが、酸の強度が強くなるので好ましい。
R4”としては、直鎖または環状のアルキル基、またはフッ素化アルキル基であることが最も好ましい。
前記直鎖のアルキル基としては、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8であることがさらに好ましく、炭素数1〜4であることが最も好ましい。
前記環状のアルキル基としては、前記R1”で示したような環式基であって、炭素数4〜15であることが好ましく、炭素数4〜10であることがさらに好ましく、炭素数6〜10であることが最も好ましい。
前記フッ素化アルキル基としては、炭素数1〜10であることが好ましく、炭素数1〜8であることがさらに好ましく、炭素数1〜4であることが最も好ましい。また。該フッ化アルキル基のフッ素化率(アルキル基中のフッ素原子の割合)は、好ましくは10〜100%、さらに好ましくは50〜100%であり、特に水素原子をすべてフッ素原子で置換したものが、酸の強度が強くなるので好ましい。
R4”としては、直鎖または環状のアルキル基、またはフッ素化アルキル基であることが最も好ましい。
式(b−2)中、R5”〜R6”はそれぞれ独立にアリール基またはアルキル基を表す。R5”〜R6”のうち、少なくとも1つはアリール基を表す。R5”〜R6”のうち、2以上がアリール基であることが好ましく、R5”〜R6”のすべてがアリール基であることが最も好ましい。
R5”〜R6”のアリール基としては、R1”〜R3”のアリール基と同様のものが挙げられる。
R5”〜R6”のアルキル基としては、R1”〜R3”のアルキル基と同様のものが挙げられる。
これらの中で、R5”〜R6”はすべてフェニル基であることが最も好ましい。
式(b−2)中のR4”としては上記式(b−1)のR4”と同様のものが挙げられる。
R5”〜R6”のアリール基としては、R1”〜R3”のアリール基と同様のものが挙げられる。
R5”〜R6”のアルキル基としては、R1”〜R3”のアルキル基と同様のものが挙げられる。
これらの中で、R5”〜R6”はすべてフェニル基であることが最も好ましい。
式(b−2)中のR4”としては上記式(b−1)のR4”と同様のものが挙げられる。
オニウム塩系酸発生剤の具体例としては、ジフェニルヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート、ビス(4−tert−ブチルフェニル)ヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネートまたはノナフルオロブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、トリ(4−メチルフェニル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、ジメチル(4−ヒドロキシナフチル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、モノフェニルジメチルスルホニウムのトリフルオロンメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、ジフェニルモノメチルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、(4−メチルフェニル)ジフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、(4−メトキシフェニル)ジフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、トリ(4−tert−ブチル)フェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネート、ジフェニル(1−(4−メトキシ)ナフチル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート、そのヘプタフルオロプロパンスルホネートまたはそのノナフルオロブタンスルホネートなどが挙げられる。また、これらのオニウム塩のアニオン部がメタンスルホネート、n−プロパンスルホネート、n−ブタンスルホネート、n−オクタンスルホネートに置き換えたオニウム塩も用いることができる。
また、前記一般式(b−1)又は(b−2)において、アニオン部を下記一般式(b−3)又は(b−4)で表されるアニオン部に置き換えたものも用いることができる(カチオン部は(b−1)又は(b−2)と同様)。
X”は、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖状または分岐状のアルキレン基であり、該アルキレン基の炭素数は2〜6であり、好ましくは炭素数3〜5、最も好ましくは炭素数3である。
Y”、Z”は、それぞれ独立に、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基の炭素数は1〜10であり、好ましくは炭素数1〜7、より好ましくは炭素数1〜3である。
X”のアルキレン基の炭素数またはY”、Z”のアルキル基の炭素数は、上記炭素数の範囲内において、レジスト溶媒への溶解性も良好である等の理由により、小さいほど好ましい。
また、X”のアルキレン基またはY”、Z”のアルキル基において、フッ素原子で置換されている水素原子の数が多いほど、酸の強度が強くなり、また200nm以下の高エネルギー光や電子線に対する透明性が向上するので好ましい。該アルキレン基またはアルキル基中のフッ素原子の割合、すなわちフッ素化率は、好ましくは70〜100%、さらに好ましくは90〜100%であり、最も好ましくは、全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロアルキレン基またはパーフルオロアルキル基である。
これらは1種または2種以上混合して用いることができる。
Y”、Z”は、それぞれ独立に、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された直鎖状または分岐状のアルキル基であり、該アルキル基の炭素数は1〜10であり、好ましくは炭素数1〜7、より好ましくは炭素数1〜3である。
X”のアルキレン基の炭素数またはY”、Z”のアルキル基の炭素数は、上記炭素数の範囲内において、レジスト溶媒への溶解性も良好である等の理由により、小さいほど好ましい。
また、X”のアルキレン基またはY”、Z”のアルキル基において、フッ素原子で置換されている水素原子の数が多いほど、酸の強度が強くなり、また200nm以下の高エネルギー光や電子線に対する透明性が向上するので好ましい。該アルキレン基またはアルキル基中のフッ素原子の割合、すなわちフッ素化率は、好ましくは70〜100%、さらに好ましくは90〜100%であり、最も好ましくは、全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロアルキレン基またはパーフルオロアルキル基である。
これらは1種または2種以上混合して用いることができる。
(B)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対し、1〜30質量部が好ましく、特に1〜20質量部が好ましい。
「(C)成分」
(C)成分は、特に限定されず、これまでに知られている化学増幅型のネガ型レジスト組成物に用いられている架橋剤の中から任意に選択して用いることができる。
具体的には、例えば2,3−ジヒドロキシ−5−ヒドロキシメチルノルボルナン、2−ヒドロキシ−5,6−ビス(ヒドロキシメチル)ノルボルナン、シクロヘキサンジメタノール、3,4,8(または9)−トリヒドロキシトリシクロデカン、2−メチル−2−アダマンタノール、1,4−ジオキサン−2,3−ジオール、1,3,5−トリヒドロキシシクロヘキサンなどのヒドロキシル基またはヒドロキシアルキル基あるいはその両方を有する脂肪族環状炭化水素またはその含酸素誘導体が挙げられる。
(C)成分は、特に限定されず、これまでに知られている化学増幅型のネガ型レジスト組成物に用いられている架橋剤の中から任意に選択して用いることができる。
具体的には、例えば2,3−ジヒドロキシ−5−ヒドロキシメチルノルボルナン、2−ヒドロキシ−5,6−ビス(ヒドロキシメチル)ノルボルナン、シクロヘキサンジメタノール、3,4,8(または9)−トリヒドロキシトリシクロデカン、2−メチル−2−アダマンタノール、1,4−ジオキサン−2,3−ジオール、1,3,5−トリヒドロキシシクロヘキサンなどのヒドロキシル基またはヒドロキシアルキル基あるいはその両方を有する脂肪族環状炭化水素またはその含酸素誘導体が挙げられる。
また、メラミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、尿素、エチレン尿素、プロピレン尿素、グリコールウリルなどのアミノ基含有化合物にホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒドと低級アルコールを反応させ、該アミノ基の水素原子をヒドロキシメチル基または低級アルコキシメチル基で置換した化合物が挙げられる。
これらのうち、メラミンを用いたものをメラミン系架橋剤、尿素を用いたものを尿素系架橋剤、エチレン尿素、プロピレン尿素等のアルキレン尿素を用いたものをアルキレン尿素系架橋剤、グリコールウリルを用いたものをグリコールウリル系架橋剤という。
(C)成分としては、メラミン系架橋剤、尿素系架橋剤、アルキレン尿素系架橋剤およびグリコールウリル系架橋剤からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、特にメラミン系架橋剤が好ましい。
これらのうち、メラミンを用いたものをメラミン系架橋剤、尿素を用いたものを尿素系架橋剤、エチレン尿素、プロピレン尿素等のアルキレン尿素を用いたものをアルキレン尿素系架橋剤、グリコールウリルを用いたものをグリコールウリル系架橋剤という。
(C)成分としては、メラミン系架橋剤、尿素系架橋剤、アルキレン尿素系架橋剤およびグリコールウリル系架橋剤からなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、特にメラミン系架橋剤が好ましい。
メラミン系架橋剤としては、メラミンとホルムアルデヒドとを反応させて、アミノ基の水素原子をヒドロキシメチル基で置換した化合物、メラミンとホルムアルデヒドと低級アルコールとを反応させて、アミノ基の水素原子を低級アルコキシメチル基で置換した化合物等が挙げられる。具体的には、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサエトキシメチルメラミン、ヘキサプロポキシメチルメラミン、ヘキサブトキシブチルメラミン等が挙げられ、なかでもヘキサメトキシメチルメラミンが好ましい。
尿素系架橋剤としては、尿素とホルムアルデヒドとを反応させて、アミノ基の水素原子をヒドロキシメチル基で置換した化合物、尿素とホルムアルデヒドと低級アルコールとを反応させて、アミノ基の水素原子を低級アルコキシメチル基で置換した化合物等が挙げられる。具体的には、ビスメトキシメチル尿素、ビスエトキシメチル尿素、ビスプロポキシメチル尿素、ビスブトキシメチル尿素等が挙げられ、なかでもビスメトキシメチル尿素が好ましい。
アルキレン尿素系架橋剤としては、下記一般式(III)で表される化合物が挙げられる。
R1’とR2’が低級アルコキシ基であるとき、好ましくは炭素数1〜4のアルコキシ基であり、直鎖状でもよく分岐鎖状でもよい。R1’とR2’は同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。同じであることがより好ましい。
R3’とR4’が低級アルコキシ基であるとき、好ましくは炭素数1〜4のアルコキシ基であり、直鎖状でもよく分岐鎖状でもよい。R3’とR4’は同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。同じであることがより好ましい。
vは0または1〜2の整数であり、好ましくは0または1である。
アルキレン尿素系架橋剤としては、特に、vが0である化合物(エチレン尿素系架橋剤)および/またはvが1である化合物(プロピレン尿素系架橋剤)が好ましい。
R3’とR4’が低級アルコキシ基であるとき、好ましくは炭素数1〜4のアルコキシ基であり、直鎖状でもよく分岐鎖状でもよい。R3’とR4’は同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。同じであることがより好ましい。
vは0または1〜2の整数であり、好ましくは0または1である。
アルキレン尿素系架橋剤としては、特に、vが0である化合物(エチレン尿素系架橋剤)および/またはvが1である化合物(プロピレン尿素系架橋剤)が好ましい。
上記一般式(III)で表される化合物は、アルキレン尿素とホルマリンを縮合反応させることにより、またこの生成物を低級アルコールと反応させることにより得ることができる。
アルキレン尿素系架橋剤の具体例としては、例えば、モノ及び/またはジヒドロキシメチル化エチレン尿素、モノ及び/またはジメトキシメチル化エチレン尿素、モノ及び/またはジエトキシメチル化エチレン尿素、モノ及び/またはジプロポキシメチル化エチレン尿素、モノ及び/またはジブトキシメチル化エチレン尿素等のエチレン尿素系架橋剤;モノ及び/またはジヒドロキシメチル化プロピレン尿素、モノ及び/またはジメトキシメチル化プロピレン尿素、モノ及び/またはジエトキシメチル化プロピレン尿素、モノ及び/またはジプロポキシメチル化プロピレン尿素、モノ及び/またはジブトキシメチル化プロピレン尿素等のプロピレン尿素系架橋剤;1,3−ジ(メトキシメチル)4,5−ジヒドロキシ−2−イミダゾリジノン、1,3−ジ(メトキシメチル)−4,5−ジメトキシ−2−イミダゾリジノンなどを挙げられる。
グリコールウリル系架橋剤としては、N位がヒドロキシアルキル基および炭素数1〜4のアルコキシアルキル基の一方または両方で置換されたグリコールウリル誘導体が挙げられる。かかるグリコールウリル誘導体は、グリコールウリルとホルマリンとを縮合反応させることにより、またこの生成物を低級アルコールと反応させることにより得ることができる。
グリコールウリル系架橋剤の具体例としては、例えばモノ,ジ,トリ及び/またはテトラヒドロキシメチル化グリコールウリル、モノ,ジ,トリ及び/またはテトラメトキシメチル化グリコールウリル、モノ,ジ,トリ及び/またはテトラエトキシメチル化グリコールウリル、モノ,ジ,トリ及び/またはテトラプロポキシメチル化グリコールウリル、モノ,ジ,トリ及び/またはテトラブトキシメチル化グリコールウリルなどが挙げられる。
グリコールウリル系架橋剤の具体例としては、例えばモノ,ジ,トリ及び/またはテトラヒドロキシメチル化グリコールウリル、モノ,ジ,トリ及び/またはテトラメトキシメチル化グリコールウリル、モノ,ジ,トリ及び/またはテトラエトキシメチル化グリコールウリル、モノ,ジ,トリ及び/またはテトラプロポキシメチル化グリコールウリル、モノ,ジ,トリ及び/またはテトラブトキシメチル化グリコールウリルなどが挙げられる。
(C)成分としては、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(C)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して3〜30質量部が好ましく、3〜15質量部がより好ましく、5〜10質量部が最も好ましい。(C)成分の含有量が下限値以上であると、架橋形成が充分に進行し、良好なレジストパターンが得られる。またこの上限値以下であると、レジスト塗布液の保存安定性が良好であり、感度の経時的劣化が抑制される。
(C)成分の配合量は、(A)成分100質量部に対して3〜30質量部が好ましく、3〜15質量部がより好ましく、5〜10質量部が最も好ましい。(C)成分の含有量が下限値以上であると、架橋形成が充分に進行し、良好なレジストパターンが得られる。またこの上限値以下であると、レジスト塗布液の保存安定性が良好であり、感度の経時的劣化が抑制される。
「任意成分」
本発明のネガ型レジスト組成物には、レジストパターン形状、引き置き経時安定性などを向上させるために、さらに、含窒素有機化合物(D)(以下、(D)成分という)を配合させることが好ましい。
(D)成分としては、当該ネガ型レジスト組成物中の他の成分に対する相容性を有するものであれば良く、特に制限されるものではないが、例えば特開平9−6001号公報に記載の化合物を挙げることができる。
特に、下記一般式(X)で表される比較的嵩高い特定の塩基性化合物(d1)を配合することにより、経時的にネガ型レジスト組成物中に副生成するおそれのある酸成分の量を抑制する効果もあり、ネガ型レジスト組成物の長期保存安定性を向上させることができる。
本発明のネガ型レジスト組成物には、レジストパターン形状、引き置き経時安定性などを向上させるために、さらに、含窒素有機化合物(D)(以下、(D)成分という)を配合させることが好ましい。
(D)成分としては、当該ネガ型レジスト組成物中の他の成分に対する相容性を有するものであれば良く、特に制限されるものではないが、例えば特開平9−6001号公報に記載の化合物を挙げることができる。
特に、下記一般式(X)で表される比較的嵩高い特定の塩基性化合物(d1)を配合することにより、経時的にネガ型レジスト組成物中に副生成するおそれのある酸成分の量を抑制する効果もあり、ネガ型レジスト組成物の長期保存安定性を向上させることができる。
一般式(X)においては、X、Y、Zのうちの1つ以上(好ましくは2つ以上、最も好ましくは3つ)が、(1)炭素数4以上の直鎖状または分岐鎖状アルキル基、(2)炭素数3以上の環状アルキル基、(3)フェニル基、(4)アラルキル(aralkyl)基からなる群からから選ばれる少なくとも1種の基である。
(1)の炭素数4以上のアルキル基においては、炭素数が4以上であることにより、経時安定性の向上に有効である。炭素数はさらには5以上、特には8以上であることが好ましい。炭素数の上限値は、特に限定しないが、経時安定効果が認められ、また商業的に入手容易である点から、20以下が好ましく、特に15以下が好ましい。なお、20を超えると塩基性強度が弱くなり、保存安定性の効果が充分に得られないおそれがある。
(1)のアルキル基は直鎖状、分岐鎖状のいずれでもよい。特に直鎖状が好ましく、具体的には、例えばn−デシル基、n−オクチル基、n−ペンチル基等が好ましい。
(2)の炭素数3以上の環状アルキル基においては、特に炭素数4〜8のシクロアルキル基が商業的に入手可能であり、かつ経時安定性を向上させる効果に優れ好ましい。特に炭素数が6であるシクロヘキシル基が好ましい。
(4)のアラルキル基は、側鎖を有する芳香族炭化水素の側鎖から水素原子1個を除いた基であり、一般式−R’−P(R’はアルキレン基、Pはアリール基)で表すことができる。Pのアリール基としてはフェニル基、ナフチル基等が挙げられ、フェニル基が好ましい。R’のアルキレン基は、炭素数は1以上であればよく、好ましくは1〜3である。
(4)のアラルキル基としては、ベンジル基、フェニルエチル基等が好ましい。
(1)の炭素数4以上のアルキル基においては、炭素数が4以上であることにより、経時安定性の向上に有効である。炭素数はさらには5以上、特には8以上であることが好ましい。炭素数の上限値は、特に限定しないが、経時安定効果が認められ、また商業的に入手容易である点から、20以下が好ましく、特に15以下が好ましい。なお、20を超えると塩基性強度が弱くなり、保存安定性の効果が充分に得られないおそれがある。
(1)のアルキル基は直鎖状、分岐鎖状のいずれでもよい。特に直鎖状が好ましく、具体的には、例えばn−デシル基、n−オクチル基、n−ペンチル基等が好ましい。
(2)の炭素数3以上の環状アルキル基においては、特に炭素数4〜8のシクロアルキル基が商業的に入手可能であり、かつ経時安定性を向上させる効果に優れ好ましい。特に炭素数が6であるシクロヘキシル基が好ましい。
(4)のアラルキル基は、側鎖を有する芳香族炭化水素の側鎖から水素原子1個を除いた基であり、一般式−R’−P(R’はアルキレン基、Pはアリール基)で表すことができる。Pのアリール基としてはフェニル基、ナフチル基等が挙げられ、フェニル基が好ましい。R’のアルキレン基は、炭素数は1以上であればよく、好ましくは1〜3である。
(4)のアラルキル基としては、ベンジル基、フェニルエチル基等が好ましい。
X、Y、Zのうちの1つまたは2つは、前記(1)〜(4)以外の基または原子であってもよい。(1)〜(4)以外の基または原子としては、(1’)炭素数3以下の直鎖状または分岐鎖状アルキル基および(2’)水素原子からなる群からから選ばれる基または原子であることが好ましい。
(1’)の炭素数3以下のアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状のいずれでもよい。特にメチル基、エチル基が好ましい。
(1’)の炭素数3以下のアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状のいずれでもよい。特にメチル基、エチル基が好ましい。
X、Y、Zは相互に同じでもよいし、異なっていてもよいが、X、Y、Zのうち、2つ以上が前記(1)〜(4)から選ばれる基である場合には、これらに該当する基どうしは同じであることが、効果の安定性の点から、好ましい。
塩基性化合物(d1)としては、第3級アミンを構成するものが好ましく、X、Y、Zのうち、前記(1)〜(4)でないものは、(1’)の中から選ばれることが好ましい。例えば、具体的には、トリ−n−デシルアミン、メチル−ジ−n−オクチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、N,N−ジシクロヘキシルメチルアミン、トリベンジルアミン等が挙げられる。
中でも、トリ−n−デシルアミン、メチル−ジ−n−オクチルアミン、トリ−n−ペンチルアミンから選ばれる1種以上が好ましく、特にトリ−n−デシルアミンが好ましい。
中でも、トリ−n−デシルアミン、メチル−ジ−n−オクチルアミン、トリ−n−ペンチルアミンから選ばれる1種以上が好ましく、特にトリ−n−デシルアミンが好ましい。
(D)成分としては、ピリジン系化合物も使用できる。特に2,6−ルチジンは、露光後の引き置き安定性に優れるため好ましい。
(D)成分としては、これらのいずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
(D)成分は、(A)成分100質量部に対して、通常0.01〜5.0質量部の範囲で用いられる。
(D)成分は、(A)成分100質量部に対して、通常0.01〜5.0質量部の範囲で用いられる。
また、本発明のネガ型レジスト組成物には、前記(D)成分の配合による感度劣化の防止、またレジストパターン形状、引き置き安定性等の向上の目的で、さらに任意の成分として、有機カルボン酸又はリンのオキソ酸若しくはその誘導体(E)(以下、(E)成分という)を含有させることができる。なお、(D)成分と(E)成分は併用することもできるし、いずれか1種を用いることもできる。
有機カルボン酸としては、例えば、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好適である。
リンのオキソ酸若しくはその誘導体としては、リン酸、リン酸ジ−n−ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステルなどのリン酸又はそれらのエステルのような誘導体、ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸−ジ−n−ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステルなどのホスホン酸及びそれらのエステルのような誘導体、ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸などのホスフィン酸及びそれらのエステルのような誘導体が挙げられ、これらの中で特にホスホン酸が好ましい。
(E)成分は、(A)成分100質量部当り0.01〜5.0質量部の割合で用いられる。
有機カルボン酸としては、例えば、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸、安息香酸、サリチル酸などが好適である。
リンのオキソ酸若しくはその誘導体としては、リン酸、リン酸ジ−n−ブチルエステル、リン酸ジフェニルエステルなどのリン酸又はそれらのエステルのような誘導体、ホスホン酸、ホスホン酸ジメチルエステル、ホスホン酸−ジ−n−ブチルエステル、フェニルホスホン酸、ホスホン酸ジフェニルエステル、ホスホン酸ジベンジルエステルなどのホスホン酸及びそれらのエステルのような誘導体、ホスフィン酸、フェニルホスフィン酸などのホスフィン酸及びそれらのエステルのような誘導体が挙げられ、これらの中で特にホスホン酸が好ましい。
(E)成分は、(A)成分100質量部当り0.01〜5.0質量部の割合で用いられる。
本発明のネガ型レジスト組成物には、保存安定剤を配合すると、後述するように、有機溶剤の分解反応を抑制できるため好ましい。
当該保存安定剤としては、有機溶剤の分解反応を抑制する作用を有するものであれば特に限定されず、例えば、特開昭58−194834号公報に記載されているような酸化防止剤を挙げることができる。酸化防止剤としては、フェノール系化合物とアミン系化合物が知られているが、特にフェノール系化合物が好ましく、中でも2,6−ジ(tert−ブチル)−p−クレゾール及びその誘導体が、エステル系溶剤、ケトン系溶剤の劣化に対して有効であり、商業的に入手可能、かつ安価であって、さらに保存安定効果に優れる点で好ましい。特にプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、2−ヘプタノンに対する劣化防止効果に極めて優れる。
当該保存安定剤としては、有機溶剤の分解反応を抑制する作用を有するものであれば特に限定されず、例えば、特開昭58−194834号公報に記載されているような酸化防止剤を挙げることができる。酸化防止剤としては、フェノール系化合物とアミン系化合物が知られているが、特にフェノール系化合物が好ましく、中でも2,6−ジ(tert−ブチル)−p−クレゾール及びその誘導体が、エステル系溶剤、ケトン系溶剤の劣化に対して有効であり、商業的に入手可能、かつ安価であって、さらに保存安定効果に優れる点で好ましい。特にプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、2−ヘプタノンに対する劣化防止効果に極めて優れる。
本発明のネガ型レジスト組成物には、さらに所望により混和性のある添加剤、例えばレジスト膜の性能を改良するための付加的樹脂、塗布性を向上させるための界面活性剤、溶解抑制剤、可塑剤、着色剤、ハレーション防止剤、染料などを適宜、添加含有させることができる。
本発明のネガ型レジスト組成物は、材料を有機溶剤に溶解させて製造することができる。
有機溶剤としては、使用する各成分を溶解し、均一な溶液とすることができるものであればよく、従来、化学増幅型レジストの溶剤として公知のものの中から任意のものを1種または2種以上適宜選択して用いることができる。
例えば、γ−ブチロラクトン等のラクトン類や、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−ヘプタノンなどのケトン類、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、ジエチレングリコール、ジ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、プロピレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコール、またはジプロピレングリコールモノアセテート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などの多価アルコール類およびその誘導体や、ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、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などのエステル類などを挙げることができる。
これらの有機溶剤は単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤として用いてもよい。
また、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)と極性溶剤とを混合した混合溶媒は好ましい。その配合比(質量比)は、PGMEAと極性溶剤との相溶性等を考慮して適宜決定すればよいが、好ましくは1:9〜9:1、より好ましくは2:8〜8:2の範囲内とすることが好ましい。
有機溶剤の使用量は特に限定しないが、基板等に塗布可能な濃度で、塗布膜厚に応じて適宜設定されるものであるが、一般的にはレジスト組成物の固形分濃度が2〜60質量%、好ましくは5〜50質量%であり、さらに好ましくは5〜40質量%の範囲内となる様に用いられる。
有機溶剤としては、使用する各成分を溶解し、均一な溶液とすることができるものであればよく、従来、化学増幅型レジストの溶剤として公知のものの中から任意のものを1種または2種以上適宜選択して用いることができる。
例えば、γ−ブチロラクトン等のラクトン類や、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−ヘプタノンなどのケトン類、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、ジエチレングリコール、ジ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、プロピレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコール、またはジプロピレングリコールモノアセテート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などの多価アルコール類およびその誘導体や、ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、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などのエステル類などを挙げることができる。
これらの有機溶剤は単独で用いてもよく、2種以上の混合溶剤として用いてもよい。
また、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)と極性溶剤とを混合した混合溶媒は好ましい。その配合比(質量比)は、PGMEAと極性溶剤との相溶性等を考慮して適宜決定すればよいが、好ましくは1:9〜9:1、より好ましくは2:8〜8:2の範囲内とすることが好ましい。
有機溶剤の使用量は特に限定しないが、基板等に塗布可能な濃度で、塗布膜厚に応じて適宜設定されるものであるが、一般的にはレジスト組成物の固形分濃度が2〜60質量%、好ましくは5〜50質量%であり、さらに好ましくは5〜40質量%の範囲内となる様に用いられる。
なお、これらの有機溶剤のなかには、経時的に分解して酸を副生成する場合があるものもあるが、前記(D)成分の存在下、あるいは保存安定剤の存在下においては、当該分解反応は抑制される。特に、上述した有機溶剤のうち、PGMEAや、酢酸ブチル等のエステル類などのエステル系溶剤においてはその効果が顕著である。そのため、当該(D)成分および/または保存安定剤の存在下においては、有機溶剤としては、エステル系溶剤が好ましく、特にPGMEAは好適である。
なお、上記分解により副生成する酸成分としては、例えば2−ヘプタノンの場合、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等を生じることが確認されている。
なお、上記分解により副生成する酸成分としては、例えば2−ヘプタノンの場合、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等を生じることが確認されている。
上述した本発明のネガ型レジスト組成物は、MEMSを製造するために用いられる。
MEMSは、上述したように、マイクロマシニング技術により、基板上に様々な微細構造体(センサ等の機能素子、配線、接続用端子等の導体構造体など)を集積化した高度な小型システムである。
具体的には、磁気記録媒体の磁気ヘッド、垂直磁気ヘッド、MRAM[(Magnetic Random Access Memory):磁気抵抗効果をもつGMR(giant magnetoresistive)膜やTMR(tunnel magnetoresistive)等が例示できる。
MEMSは、上述したように、マイクロマシニング技術により、基板上に様々な微細構造体(センサ等の機能素子、配線、接続用端子等の導体構造体など)を集積化した高度な小型システムである。
具体的には、磁気記録媒体の磁気ヘッド、垂直磁気ヘッド、MRAM[(Magnetic Random Access Memory):磁気抵抗効果をもつGMR(giant magnetoresistive)膜やTMR(tunnel magnetoresistive)等が例示できる。
かかるMEMSの製造においては、リソグラフィー工程とともに、メッキ法等により、配線等の導体構造体を形成する工程が行われる。そのため、メッキ耐性に優れたレジストパターンを形成できる本発明のネガ型レジスト組成物は、MEMSの製造用として好適である。
また、本発明のネガ型レジスト組成物は、電子線に対して良好な感度を有している。そのため、MEMSの微細化が進むなか、電子線を用いたリソグラフィーによれば非常に高解像のパターンを形成できることから、本発明のネガ型レジスト組成物は、電子線を用いたMEMSの製造に特に好適に使用できる。
さらに、MEMSの製造においては、メッキ工程以外にも、ドライエッチング、リンやホウ素などの不純物を真空中でイオン化し、高電界で加速して基板表面に打ち込むイオンインプランテーション(以下、インプラントという)、イオンミリング等のイオン性エッチングなど、様々な工程が行われており、たとえば磁気ヘッドのリード部の製造においては、レジストパターンをマスクとして磁性膜のイオン性エッチングが行われている。また、これらの工程においては、レジストパターンが加熱されることも多い。本発明のネガ型レジスト組成物は、(A)成分としてノボラック樹脂を用いていることから、ドライエッチング耐性、インプラント耐性、イオン性エッチング耐性、基板に対する密着性、耐熱性等についても良好であり、これらの点からも、MEMS製造用として好適である。
また、本発明のネガ型レジスト組成物は、電子線に対して良好な感度を有している。そのため、MEMSの微細化が進むなか、電子線を用いたリソグラフィーによれば非常に高解像のパターンを形成できることから、本発明のネガ型レジスト組成物は、電子線を用いたMEMSの製造に特に好適に使用できる。
さらに、MEMSの製造においては、メッキ工程以外にも、ドライエッチング、リンやホウ素などの不純物を真空中でイオン化し、高電界で加速して基板表面に打ち込むイオンインプランテーション(以下、インプラントという)、イオンミリング等のイオン性エッチングなど、様々な工程が行われており、たとえば磁気ヘッドのリード部の製造においては、レジストパターンをマスクとして磁性膜のイオン性エッチングが行われている。また、これらの工程においては、レジストパターンが加熱されることも多い。本発明のネガ型レジスト組成物は、(A)成分としてノボラック樹脂を用いていることから、ドライエッチング耐性、インプラント耐性、イオン性エッチング耐性、基板に対する密着性、耐熱性等についても良好であり、これらの点からも、MEMS製造用として好適である。
メッキ法により基板上に導体構造体を形成する工程は、たとえば、基板の上面にレジスト膜を形成し、上述のようにしてレジストパターンを形成した後、レジストが除去された部分(非レジスト部)に、メッキ法により導体を埋め込み、最後にその周囲のレジストパターンを除去することによって行うことができる。
メッキ法により形成される導体構造体としては、たとえば、バンプ、リード、メタルポスト、ハンダボール等の接続端子、配線、再配線などが挙げられる。また、該導体としては、金、銅、ニッケル、ハンダ等が挙げられる。
メッキ法はとくに制限されず、従来から公知の各種メッキ法を採用することができる。
メッキ法により形成される導体構造体としては、たとえば、バンプ、リード、メタルポスト、ハンダボール等の接続端子、配線、再配線などが挙げられる。また、該導体としては、金、銅、ニッケル、ハンダ等が挙げられる。
メッキ法はとくに制限されず、従来から公知の各種メッキ法を採用することができる。
<レジストパターン形成方法>
本発明のレジストパターン形成方法は例えば以下の様にして行うことができる。
すなわち、まずシリコンウェーハのような基板上に、上記本発明のネガ型レジスト組成物をスピンナーなどで塗布し、60〜180℃の温度条件下、プレベークを10〜600秒間、好ましくは60〜90秒間施し、レジスト膜を形成する。レジスト膜の膜厚は、特に制限はない。好ましくはレジスト膜を膜厚100nm〜10μm、さらに好ましくは200nm〜5μmといった膜厚が好ましい。
該レジスト膜に対し、電子線等の放射線を所望のマスクパターンを介してまたは介さずに選択的に露光する。すなわちマスクパターンを介して露光する、またはマスクパターンを介さずに電子線を直接照射して描画する。その後、80〜150℃の温度条件下、加熱処理(ポストエクスポージャーベーク(PEB))を40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施す。次いでこれをアルカリ現像液、例えば0.1〜10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液を用いて現像処理することによりレジストパターンを形成できる。
基板とレジスト組成物の塗布層との間には、有機系または無機系の反射防止膜を設けることもできる。
露光に用いる波長は、特に限定されず、g線、i線等の紫外線、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV(極紫外線)、VUV(真空紫外線)、電子線、X線、軟X線などの放射線を用いて行うことができる。特に、本発明においては、g線、i線、KrFエキシマレーザーおよび電子線からなる群から選択される少なくとも1種が好ましく用いられ、特に、電子線が好ましく用いられる。
かかるレジストパターン形成方法は、以下に示すようなMEMSの製造プロセスにおいて好適に用いられる。
本発明のレジストパターン形成方法は例えば以下の様にして行うことができる。
すなわち、まずシリコンウェーハのような基板上に、上記本発明のネガ型レジスト組成物をスピンナーなどで塗布し、60〜180℃の温度条件下、プレベークを10〜600秒間、好ましくは60〜90秒間施し、レジスト膜を形成する。レジスト膜の膜厚は、特に制限はない。好ましくはレジスト膜を膜厚100nm〜10μm、さらに好ましくは200nm〜5μmといった膜厚が好ましい。
該レジスト膜に対し、電子線等の放射線を所望のマスクパターンを介してまたは介さずに選択的に露光する。すなわちマスクパターンを介して露光する、またはマスクパターンを介さずに電子線を直接照射して描画する。その後、80〜150℃の温度条件下、加熱処理(ポストエクスポージャーベーク(PEB))を40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施す。次いでこれをアルカリ現像液、例えば0.1〜10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液を用いて現像処理することによりレジストパターンを形成できる。
基板とレジスト組成物の塗布層との間には、有機系または無機系の反射防止膜を設けることもできる。
露光に用いる波長は、特に限定されず、g線、i線等の紫外線、ArFエキシマレーザー、KrFエキシマレーザー、F2エキシマレーザー、EUV(極紫外線)、VUV(真空紫外線)、電子線、X線、軟X線などの放射線を用いて行うことができる。特に、本発明においては、g線、i線、KrFエキシマレーザーおよび電子線からなる群から選択される少なくとも1種が好ましく用いられ、特に、電子線が好ましく用いられる。
かかるレジストパターン形成方法は、以下に示すようなMEMSの製造プロセスにおいて好適に用いられる。
以下に、本発明を用いたMEMSの製造プロセスの一例を図1,2を用いて説明する。
図1(a)〜図1(e)は、磁気記録媒体の磁気ヘッドのリード部(読み出し用ヘッド部)製造の各工程を示す模式図(側断面図)である。
まず、図1(a)に示す様に、基板1の上に磁性膜2’を積層し、さらにその上にアルカリ現像液に対して可溶性の下地膜3’と、レジスト膜4’とを順次積層する。
ついで、レジスト膜4’の上から、マスクパターンを介し、KrFエキシマレーザーや電子線等を用いて選択的露光を行う。ついで、アルカリ現像を行うと、レジスト膜4’の未露光部が除去されて、レジストパターン4が得られる。このとき、レジスト膜4’の除去された部分の下に位置する下地膜3’は、アルカリ可溶性のものであればアルカリ現像液によって一緒に除去され、下地パターン3が形成されるが、該下地膜3’は、通常、レジスト膜4’よりもアルカリ可溶性が高く、下地パターン3の幅W1はレジストパターン4の幅W2よりも狭くなる。この溶解速度差により、図1(b)に示す様に、幅の狭い下地パターン3と、これより幅広のレジストパターン4からなる、断面羽子板状のパターン5が得られる。
前記下地膜3’がアルカリ不溶性のものであれば、得られたレジストパターン4をマスクとしてオーバーエッチングすることで、図1(b)に示す様に、幅の狭い下地パターン3と、これより幅広のレジストパターン4からなる、断面羽子板状のパターン5が得られる。
ついで、パターン5をマスクとしてイオン性エッチングを行うと、図1(c)に示す様に、パターン5の周囲の磁性膜2’がエッチングされ、パターン5の下とその周囲に磁性膜パターン2が形成される。イオン性エッチングとしては、イオンミリング(ion milling)が多用されている。
さらに、スパッタリングを行うと、図1(d)に示すように、パターン5の上と、磁性膜パターン2の周囲の基板1の上に、電極膜6が形成される。
最後に、アルカリ現像液等を用いて下地パターン3を溶解してレジストパターン4を除去する等により、パターン5を除去(リフトオフ)する。このようなパターン5のリフトオフにより、図1(e)に示す様に、基板1とその上に形成された所定の幅の磁性膜パターン2と、その周囲に形成された電極膜6とからなる磁気ヘッド10が得られる。
図1(a)〜図1(e)は、磁気記録媒体の磁気ヘッドのリード部(読み出し用ヘッド部)製造の各工程を示す模式図(側断面図)である。
まず、図1(a)に示す様に、基板1の上に磁性膜2’を積層し、さらにその上にアルカリ現像液に対して可溶性の下地膜3’と、レジスト膜4’とを順次積層する。
ついで、レジスト膜4’の上から、マスクパターンを介し、KrFエキシマレーザーや電子線等を用いて選択的露光を行う。ついで、アルカリ現像を行うと、レジスト膜4’の未露光部が除去されて、レジストパターン4が得られる。このとき、レジスト膜4’の除去された部分の下に位置する下地膜3’は、アルカリ可溶性のものであればアルカリ現像液によって一緒に除去され、下地パターン3が形成されるが、該下地膜3’は、通常、レジスト膜4’よりもアルカリ可溶性が高く、下地パターン3の幅W1はレジストパターン4の幅W2よりも狭くなる。この溶解速度差により、図1(b)に示す様に、幅の狭い下地パターン3と、これより幅広のレジストパターン4からなる、断面羽子板状のパターン5が得られる。
前記下地膜3’がアルカリ不溶性のものであれば、得られたレジストパターン4をマスクとしてオーバーエッチングすることで、図1(b)に示す様に、幅の狭い下地パターン3と、これより幅広のレジストパターン4からなる、断面羽子板状のパターン5が得られる。
ついで、パターン5をマスクとしてイオン性エッチングを行うと、図1(c)に示す様に、パターン5の周囲の磁性膜2’がエッチングされ、パターン5の下とその周囲に磁性膜パターン2が形成される。イオン性エッチングとしては、イオンミリング(ion milling)が多用されている。
さらに、スパッタリングを行うと、図1(d)に示すように、パターン5の上と、磁性膜パターン2の周囲の基板1の上に、電極膜6が形成される。
最後に、アルカリ現像液等を用いて下地パターン3を溶解してレジストパターン4を除去する等により、パターン5を除去(リフトオフ)する。このようなパターン5のリフトオフにより、図1(e)に示す様に、基板1とその上に形成された所定の幅の磁性膜パターン2と、その周囲に形成された電極膜6とからなる磁気ヘッド10が得られる。
以下、図1に示すプロセスについてより詳細に説明する。
[磁性膜2’の形成工程]
まず、図1(a)に示したように、シリコンウェーハ等の基板1上に、スパッタ装置によって、磁性膜2’を形成する。
基板としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、例えば、電子部品用の基板などを例示することができる。基板の材料としては、例えばシリコンウェーハ、銅、クロム、鉄、アルミニウムなどの金属や、ガラスなどが挙げられる。
磁性膜2’に用いられる磁性体としては、Ni,Co,Cr,Pt等の元素を含むものが用いられる。
[磁性膜2’の形成工程]
まず、図1(a)に示したように、シリコンウェーハ等の基板1上に、スパッタ装置によって、磁性膜2’を形成する。
基板としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、例えば、電子部品用の基板などを例示することができる。基板の材料としては、例えばシリコンウェーハ、銅、クロム、鉄、アルミニウムなどの金属や、ガラスなどが挙げられる。
磁性膜2’に用いられる磁性体としては、Ni,Co,Cr,Pt等の元素を含むものが用いられる。
[下地膜3’の形成工程]
次いで、形成された磁性膜上2’に、下地膜を形成するためのレジスト組成物や樹脂溶液を、スピンナーなどで塗布し、好ましくは200〜300℃、30〜300秒間、好ましくは60〜180秒間の加熱条件でベーク処理し、下地膜3’を形成する。
下地膜は、露光後の現像の際に用いられるアルカリ現像液に対して不溶性であり、且つ従来のドライエッチング法で可能な有機膜である。
このような下地膜3’を用いることにより、後述するように通常のホトリソグラフィーによりレジスト膜4’のみを露光・アルカリ現像して、レジストパターン4を形成した後、該レジストパターン4をマスクとして下地膜3’をドライエッチングすることによってレジストパターン4が転写され、下地膜3’に下地パターン3が形成される。
下地膜3’を形成するための材料は、レジスト膜4’のような感光性を必ずしも必要とするものではなく、半導体素子や液晶表示素子の製造において、下地材として一般的に用いられているレジストや樹脂を用いればよい。
また、レジストパターン4を下地膜3’へ転写する必要があるので、下地膜3’は、酸素プラズマによるエッチングが可能な材料であることが好ましい。
このような材料としては、酸素プラズマによるエッチングを行いやすいと同時に、後工程で、シリコン等の基板のエッチングに用いられているフッ化炭素系ガスや、基板や磁性膜のエッチングに用いられているイオンミリング等のイオン性エッチングなどのドライエッチングに対する耐性が強いことなどから、ノボラック樹脂、アクリル樹脂及び可溶性ポリイミドからなる群から選択される少なくとも一種を主成分とするものが好ましく用いられる。
次いで、形成された磁性膜上2’に、下地膜を形成するためのレジスト組成物や樹脂溶液を、スピンナーなどで塗布し、好ましくは200〜300℃、30〜300秒間、好ましくは60〜180秒間の加熱条件でベーク処理し、下地膜3’を形成する。
下地膜は、露光後の現像の際に用いられるアルカリ現像液に対して不溶性であり、且つ従来のドライエッチング法で可能な有機膜である。
このような下地膜3’を用いることにより、後述するように通常のホトリソグラフィーによりレジスト膜4’のみを露光・アルカリ現像して、レジストパターン4を形成した後、該レジストパターン4をマスクとして下地膜3’をドライエッチングすることによってレジストパターン4が転写され、下地膜3’に下地パターン3が形成される。
下地膜3’を形成するための材料は、レジスト膜4’のような感光性を必ずしも必要とするものではなく、半導体素子や液晶表示素子の製造において、下地材として一般的に用いられているレジストや樹脂を用いればよい。
また、レジストパターン4を下地膜3’へ転写する必要があるので、下地膜3’は、酸素プラズマによるエッチングが可能な材料であることが好ましい。
このような材料としては、酸素プラズマによるエッチングを行いやすいと同時に、後工程で、シリコン等の基板のエッチングに用いられているフッ化炭素系ガスや、基板や磁性膜のエッチングに用いられているイオンミリング等のイオン性エッチングなどのドライエッチングに対する耐性が強いことなどから、ノボラック樹脂、アクリル樹脂及び可溶性ポリイミドからなる群から選択される少なくとも一種を主成分とするものが好ましく用いられる。
ノボラック樹脂としては、レジスト組成物に一般的に用いられているものが使用可能であり、ノボラック樹脂を主成分として含むi線やg線用のレジストも使用可能である。かかるノボラック樹脂としては、例えば、上述した(A)成分におけるノボラック樹脂と同様のものが例示できる。
アクリル樹脂としては、ポジ型レジスト組成物に一般的に用いられているものが使用可能であり、例えば、エーテル結合を有する重合性化合物から誘導された構成単位と、カルボキシル基を有する重合性化合物から誘導された構成単位を含有するアクリル樹脂を挙げることができる。
エーテル結合を有する重合性化合物としては、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等のエーテル結合及びエステル結合を有する(メタ)アクリル酸誘導体等を例示することができる。これらの化合物は単独もしくは2種以上組み合わせて使用できる。
カルボキシル基を有する重合性化合物としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などのモノカルボン酸;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などのジカルボン酸;2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルマレイン酸、2−メタクリロイルオキシエチルフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸などのカルボキシル基及びエステル結合を有する化合物等を例示することができ、好ましくは、アクリル酸、メタクリル酸である。これらの化合物は単独もしくは2種以上組み合わせて使用できる。
可溶性ポリイミドとは、上述のような有機溶剤により液状にできるポリイミドである。
これらの中でも、ノボラック樹脂、及び側鎖に脂環式部位又は芳香族環を有するアクリル樹脂は、安価で汎用的に用いられ、後工程のドライエッチング耐性に優れるので、好ましく用いられる。
アクリル樹脂としては、ポジ型レジスト組成物に一般的に用いられているものが使用可能であり、例えば、エーテル結合を有する重合性化合物から誘導された構成単位と、カルボキシル基を有する重合性化合物から誘導された構成単位を含有するアクリル樹脂を挙げることができる。
エーテル結合を有する重合性化合物としては、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等のエーテル結合及びエステル結合を有する(メタ)アクリル酸誘導体等を例示することができる。これらの化合物は単独もしくは2種以上組み合わせて使用できる。
カルボキシル基を有する重合性化合物としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などのモノカルボン酸;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などのジカルボン酸;2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルマレイン酸、2−メタクリロイルオキシエチルフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸などのカルボキシル基及びエステル結合を有する化合物等を例示することができ、好ましくは、アクリル酸、メタクリル酸である。これらの化合物は単独もしくは2種以上組み合わせて使用できる。
可溶性ポリイミドとは、上述のような有機溶剤により液状にできるポリイミドである。
これらの中でも、ノボラック樹脂、及び側鎖に脂環式部位又は芳香族環を有するアクリル樹脂は、安価で汎用的に用いられ、後工程のドライエッチング耐性に優れるので、好ましく用いられる。
[レジスト膜4’の形成工程]
次いで、本発明のネガ型レジスト組成物の溶液を、上記の下層膜3’上にスピンナーなどで塗布した後、プレベーク(PAB処理)してレジスト膜4’を形成することにより、基板1上の磁性膜2’上に、下地膜3’と、本発明のネガ型レジスト組成物からなるレジスト膜4’とが積層されている積層体を得る。
プレベーク条件は、組成物中の各成分の種類、配合割合、塗布膜厚などによって異なるが、通常は、70〜150℃、好ましくは80〜140℃で、0.5〜60分間程度である。
なお、下地膜とレジスト膜との間には、有機系または無機系の反射防止膜が設けられていてもよい。
次いで、本発明のネガ型レジスト組成物の溶液を、上記の下層膜3’上にスピンナーなどで塗布した後、プレベーク(PAB処理)してレジスト膜4’を形成することにより、基板1上の磁性膜2’上に、下地膜3’と、本発明のネガ型レジスト組成物からなるレジスト膜4’とが積層されている積層体を得る。
プレベーク条件は、組成物中の各成分の種類、配合割合、塗布膜厚などによって異なるが、通常は、70〜150℃、好ましくは80〜140℃で、0.5〜60分間程度である。
なお、下地膜とレジスト膜との間には、有機系または無機系の反射防止膜が設けられていてもよい。
この積層体において、下地膜3’及びレジスト膜4’の厚さは、目的とするアスペクト比と下地膜3’のエッチングに要する時間を考慮したスループットのバランスから、トータルとして、好ましくは15μm以下、より好ましくは5μm以下である。トータルの下限値は特に限定されないが、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.35μm以上である。
下地膜3’の厚さは、好ましくは20〜10000nm、より好ましくは30〜5000nm、さらに好ましくは30〜3000nmである。下地膜3’の厚さをこの範囲内とすることにより、高アスペクト比のレジストパターンが形成できる、基板エッチング時に十分なエッチング耐性が確保できる等の効果がある。
レジスト膜4’の厚さは、好ましくは50〜1000nm、より好ましくは100nm〜800nm、さらに好ましくは100〜500nmである。レジスト膜4’の厚さをこの範囲内とすることにより、レジストパターン4を高解像度で形成できる、アルカリ現像液、イオン性エッチング等に対するエッチング耐性が十分に得られる等の効果がある。
下地膜3’の厚さは、好ましくは20〜10000nm、より好ましくは30〜5000nm、さらに好ましくは30〜3000nmである。下地膜3’の厚さをこの範囲内とすることにより、高アスペクト比のレジストパターンが形成できる、基板エッチング時に十分なエッチング耐性が確保できる等の効果がある。
レジスト膜4’の厚さは、好ましくは50〜1000nm、より好ましくは100nm〜800nm、さらに好ましくは100〜500nmである。レジスト膜4’の厚さをこの範囲内とすることにより、レジストパターン4を高解像度で形成できる、アルカリ現像液、イオン性エッチング等に対するエッチング耐性が十分に得られる等の効果がある。
レジストパターンが形成されたレジスト積層体において、アスペクト比が高いパターンを、パターン倒れ等を起さずに形成できることが好ましい。パターンが高いアスペクト比を有するほど、後述のような支持体への微細パターン形成を、より精度良く行うことができる。
ここでいうアスペクト比とは、レジストパターンのパターン幅xに対する、下地パターン3の高さyの比(y/x)である。尚、レジストパターンのパターン幅xは、下地パターン3に転写した後の下地パターン3の幅と同じである。
パターン幅とは、レジストパターンがラインアンドスペースパターン、孤立ラインパターン等のライン状パターンである場合は、凸条(ライン)の幅をいう。レジストパターンがホールパターンである場合、パターン幅とは、形成された孔(ホール)の内径をいう。また、レジストパターンが円柱状ドットパターンである場合は、その直径をいう。なお、これらのパターン幅は、いずれもパターン下方の幅である。
ここでいうアスペクト比とは、レジストパターンのパターン幅xに対する、下地パターン3の高さyの比(y/x)である。尚、レジストパターンのパターン幅xは、下地パターン3に転写した後の下地パターン3の幅と同じである。
パターン幅とは、レジストパターンがラインアンドスペースパターン、孤立ラインパターン等のライン状パターンである場合は、凸条(ライン)の幅をいう。レジストパターンがホールパターンである場合、パターン幅とは、形成された孔(ホール)の内径をいう。また、レジストパターンが円柱状ドットパターンである場合は、その直径をいう。なお、これらのパターン幅は、いずれもパターン下方の幅である。
[レジストパターン形成工程]
次いで、レジスト膜4’に対し、上記<レジストパターン形成方法>で説明したように、電子線描画装置などにより、電子線を所望のマスクパターンを介してまたは介さずに選択的に露光し、PEBを行い、現像処理すると、レジスト膜4’の所定の範囲(露光部)が現像されて、図1(b)に示したように、レジストパターン4が得られる。
次いで、レジスト膜4’に対し、上記<レジストパターン形成方法>で説明したように、電子線描画装置などにより、電子線を所望のマスクパターンを介してまたは介さずに選択的に露光し、PEBを行い、現像処理すると、レジスト膜4’の所定の範囲(露光部)が現像されて、図1(b)に示したように、レジストパターン4が得られる。
[オーバーエッチング工程]
次に、得られたレジストパターン4をマスクパターンとして、下地膜3’のドライエッチングを行い、下地膜3’に下地パターン3を形成する。
このとき、下地膜3’のオーバーエッチングを行うことにより、レジストパターン4の下に位置する下地膜3’まで除去され、当該レジストパターン4の中心部付近の下部のみ残存する。その結果、図1(b)に示したような、幅W1の狭い下地膜3’の下地パターン3と、これより広い幅W2のレジスト膜4’のレジストパターン4とからなる、断面羽子板状のパターン5が得られる。
ドライエッチングの方法としては、ダウンフローエッチングやケミカルドライエッチング等の化学的エッチング;スパッタエッチングやイオンビームエッチング等の物理的エッチング;RIE(反応性イオンエッチング)等の化学的・物理的エッチングなどの公知の方法を用いることができる。
最も一般的なドライエッチングは、平行平板型RIEである。この方法では、まず、RIE装置のチャンバーにレジスト積層体を入れ、必要なエッチングガスを導入する。チャンバー内の、上部電極と平行に置かれたレジスト積層体のホルダーに高周波電圧を加えると、ガスがプラズマ化される。プラズマ中では正・負のイオンや電子などの電荷粒子、中性活性種などが存在している。これらのエッチング種が下部有機層に吸着すると、化学反応が生じ、反応生成物が表面から離脱して外部へ排気され、エッチングが進行する。
エッチングガスとしては、酸素、二酸化硫黄等があるが、好ましくは酸素が用いられる。
次に、得られたレジストパターン4をマスクパターンとして、下地膜3’のドライエッチングを行い、下地膜3’に下地パターン3を形成する。
このとき、下地膜3’のオーバーエッチングを行うことにより、レジストパターン4の下に位置する下地膜3’まで除去され、当該レジストパターン4の中心部付近の下部のみ残存する。その結果、図1(b)に示したような、幅W1の狭い下地膜3’の下地パターン3と、これより広い幅W2のレジスト膜4’のレジストパターン4とからなる、断面羽子板状のパターン5が得られる。
ドライエッチングの方法としては、ダウンフローエッチングやケミカルドライエッチング等の化学的エッチング;スパッタエッチングやイオンビームエッチング等の物理的エッチング;RIE(反応性イオンエッチング)等の化学的・物理的エッチングなどの公知の方法を用いることができる。
最も一般的なドライエッチングは、平行平板型RIEである。この方法では、まず、RIE装置のチャンバーにレジスト積層体を入れ、必要なエッチングガスを導入する。チャンバー内の、上部電極と平行に置かれたレジスト積層体のホルダーに高周波電圧を加えると、ガスがプラズマ化される。プラズマ中では正・負のイオンや電子などの電荷粒子、中性活性種などが存在している。これらのエッチング種が下部有機層に吸着すると、化学反応が生じ、反応生成物が表面から離脱して外部へ排気され、エッチングが進行する。
エッチングガスとしては、酸素、二酸化硫黄等があるが、好ましくは酸素が用いられる。
[磁性膜2’のイオン性エッチング工程]
次に、上記のようにして得られたパターン5を用いて、磁気ヘッドのリード部を製造する。
図1(b)に示したテーパー形状のレジストパターン4と下地パターン3とからなるパターン5をマスクとして、イオン性エッチングを行うと、図1(c)に示したように、パターン5の周辺の磁性膜2’がエッチングされ、パターン5の下部の磁性膜2’が残り、磁性膜パターン2がプリントされる。
この際のイオン性エッチングとしては、イオンミリング等の異方性エッチングが挙げられる。イオンミリングは従来公知の方法を適用でき、例えば、日立製作所社製のイオンビームミリング装置IMLシリーズなどにより行うことができる。
次に、上記のようにして得られたパターン5を用いて、磁気ヘッドのリード部を製造する。
図1(b)に示したテーパー形状のレジストパターン4と下地パターン3とからなるパターン5をマスクとして、イオン性エッチングを行うと、図1(c)に示したように、パターン5の周辺の磁性膜2’がエッチングされ、パターン5の下部の磁性膜2’が残り、磁性膜パターン2がプリントされる。
この際のイオン性エッチングとしては、イオンミリング等の異方性エッチングが挙げられる。イオンミリングは従来公知の方法を適用でき、例えば、日立製作所社製のイオンビームミリング装置IMLシリーズなどにより行うことができる。
[スパッタリング工程]
さらにスパッタリングを行うと、図1(d)に示したように、パターン5の上と、磁性膜パターン2の周囲の基板1の上とに電極膜6が形成される。
この際のスパッタリングは従来公知の方法を適用できる。例えば、日立製作所社製のスパッタリング装置ISM−2200やISP−1801などにより行うことができる。
さらにスパッタリングを行うと、図1(d)に示したように、パターン5の上と、磁性膜パターン2の周囲の基板1の上とに電極膜6が形成される。
この際のスパッタリングは従来公知の方法を適用できる。例えば、日立製作所社製のスパッタリング装置ISM−2200やISP−1801などにより行うことができる。
[リフトオフ工程]
最後に、ドライエッチングにより下地パターン3をエッチングしてパターン5を除去(リフトオフ)することにより、図1(e)に示すように、基板1と、その上に形成された磁性膜パターン2と、その周囲に形成された電極膜6とからなる磁気ヘッドのリード部20が製造される。
最後に、ドライエッチングにより下地パターン3をエッチングしてパターン5を除去(リフトオフ)することにより、図1(e)に示すように、基板1と、その上に形成された磁性膜パターン2と、その周囲に形成された電極膜6とからなる磁気ヘッドのリード部20が製造される。
次に、図2を用いて、磁気記録媒体の磁気ヘッドのライト部(書き込み用ヘッド部)製造工程を説明する。本工程では、微細なトレンチ型レジストパターンを形成し、該レジストパターンをフレームとしてメッキを行うことによって微細な磁性膜パターンを形成する手法が用いられている。
図2(a)〜図2(c)は、磁気ヘッドのライト部製造の各工程を示す模式図(側断面図)である。
まず図2(a)に示すように、基板上に所望の積層構造が形成された基材(図示略)上面にメッキシード層11を形成し、その上に上記した従来のリソグラフィーにより、断面がほぼ矩形状の、スリット状のレジストパターン12を得る。
次に、図2(b)に示すように、得られたレジストパターン12で囲まれたトレンチ部(凹部)内にメッキを施して磁性膜13’を形成する。
その後、図2(c)に示すように、レジストパターン12を除去することによって、断面がほぼ矩形状ないし基板方向に向かって幅が狭くなる断面台形(逆テーパー)状の磁性膜パターン13が得られる。
図2(a)〜図2(c)は、磁気ヘッドのライト部製造の各工程を示す模式図(側断面図)である。
まず図2(a)に示すように、基板上に所望の積層構造が形成された基材(図示略)上面にメッキシード層11を形成し、その上に上記した従来のリソグラフィーにより、断面がほぼ矩形状の、スリット状のレジストパターン12を得る。
次に、図2(b)に示すように、得られたレジストパターン12で囲まれたトレンチ部(凹部)内にメッキを施して磁性膜13’を形成する。
その後、図2(c)に示すように、レジストパターン12を除去することによって、断面がほぼ矩形状ないし基板方向に向かって幅が狭くなる断面台形(逆テーパー)状の磁性膜パターン13が得られる。
なお、上記においては、基板1の上に磁性膜2を積層した、磁気ヘッド製造用のプロセスを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明にかかるネガ型レジスト組成物は、例えば磁性膜を設けない場合等を含め、MEMSを製造するすべての用途、例えばMRAM等の製造にも好適に用いることができる。
上述したように、本発明のネガ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法によれば、メッキ耐性に優れたレジストパターンを形成できる。そのため、本発明のネガ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法は、MEMSを製造するために好適である。
また、本発明のネガ型レジスト組成物は、電子線に対する感度が良好であり、そのため、特に電子線を用いたMEMSの製造に好適に使用できる。
さらに、本発明のネガ型レジスト組成物は、(A)成分としてノボラック樹脂を基本とする樹脂を用いていることから、ドライエッチング耐性、インプラント耐性、イオン性エッチング耐性、基板に対する密着性、および耐熱性にも優れている。これらの点からも、本発明のネガ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法は、MEMSを製造するために好適である。
また、本発明のネガ型レジスト組成物は、電子線に対する感度が良好であり、そのため、特に電子線を用いたMEMSの製造に好適に使用できる。
さらに、本発明のネガ型レジスト組成物は、(A)成分としてノボラック樹脂を基本とする樹脂を用いていることから、ドライエッチング耐性、インプラント耐性、イオン性エッチング耐性、基板に対する密着性、および耐熱性にも優れている。これらの点からも、本発明のネガ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法は、MEMSを製造するために好適である。
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例1、比較例1
下記表1に示す各成分を混合、溶解してネガ型レジスト組成物溶液を調製した。
表1中、[]内の数値は配合量(質量部)を示す。また、表1中の略号は以下の意味を有する。
(A)−4:m−クレゾールと、ホルムアルデヒド/サリチルアルデヒド=1/0.3(モル比)の混合アルデヒド類とを用いて、常法により合成した、Mw=4000のノボラック樹脂。
(A)−2:Mw=2500のポリヒドロキシスチレン(商品名:VPS−2520、日本曹達社製)
(B)−1:上記式(V)で表される化合物
(C)−1:メラミン系架橋剤(商品名:MW100LM、三和ケミカル社製)
(D)−3:トリ−n−ペンチルアミン
(E)−1:サリチル酸
Add2:界面活性剤(商品名:XR−104、大日本インキ化学工業社製)
(S)−2:PGMEA
実施例1、比較例1
下記表1に示す各成分を混合、溶解してネガ型レジスト組成物溶液を調製した。
表1中、[]内の数値は配合量(質量部)を示す。また、表1中の略号は以下の意味を有する。
(A)−4:m−クレゾールと、ホルムアルデヒド/サリチルアルデヒド=1/0.3(モル比)の混合アルデヒド類とを用いて、常法により合成した、Mw=4000のノボラック樹脂。
(A)−2:Mw=2500のポリヒドロキシスチレン(商品名:VPS−2520、日本曹達社製)
(B)−1:上記式(V)で表される化合物
(C)−1:メラミン系架橋剤(商品名:MW100LM、三和ケミカル社製)
(D)−3:トリ−n−ペンチルアミン
(E)−1:サリチル酸
Add2:界面活性剤(商品名:XR−104、大日本インキ化学工業社製)
(S)−2:PGMEA
次いで、得られたネガ型レジスト組成物について、下記の評価を行った。
得られたネガ型レジスト組成物溶液を、ヘキサメチルジシラザン処理を施した8インチシリコン基板上に均一に塗布し、130℃にて90秒間のベーク処理(PAB)を行って成膜し、膜厚500nmのレジスト膜を得た。
該レジスト膜に対し、電子線描画機(日立製HL−800D、70kV加速電圧)にて描画を行った後、110℃にて90秒間のベーク処理(PEB)を行い、2.38質量%TMAH水溶液(23℃)で60秒間現像し、純水にて30秒リンスし、振り切り乾燥を行った後、100℃にて60秒間ポストベーク処理を行ってレジストパターン(幅200nmのトレンチパターン)を形成した。
パターンが形成された基板に対し、ノンシアン系亜硫酸金めっき液を用いた電解めっき法により、65℃、40分間めっき処理を行った。
次いで、光学顕微鏡または電子顕微鏡を用いて金メッキの状態を観察し、金メッキの剥がれがないものを○、剥がれが見られたものを×として評価した。その結果を「メッキ耐性」として表2に示す。
得られたネガ型レジスト組成物溶液を、ヘキサメチルジシラザン処理を施した8インチシリコン基板上に均一に塗布し、130℃にて90秒間のベーク処理(PAB)を行って成膜し、膜厚500nmのレジスト膜を得た。
該レジスト膜に対し、電子線描画機(日立製HL−800D、70kV加速電圧)にて描画を行った後、110℃にて90秒間のベーク処理(PEB)を行い、2.38質量%TMAH水溶液(23℃)で60秒間現像し、純水にて30秒リンスし、振り切り乾燥を行った後、100℃にて60秒間ポストベーク処理を行ってレジストパターン(幅200nmのトレンチパターン)を形成した。
パターンが形成された基板に対し、ノンシアン系亜硫酸金めっき液を用いた電解めっき法により、65℃、40分間めっき処理を行った。
次いで、光学顕微鏡または電子顕微鏡を用いて金メッキの状態を観察し、金メッキの剥がれがないものを○、剥がれが見られたものを×として評価した。その結果を「メッキ耐性」として表2に示す。
表2の結果より、(A)成分としてノボラック樹脂(A)−1を用いた実施例1は、パターンが形成できたことから、電子線に対して感度を有していたことがわかる。また、その解像性は比較例1と同等以上であり、かつ、メッキ耐性は良好であった。
一方、樹脂(A)−1に代えて、ポリヒドロキシスチレン(A)−2を用いた比較例1は、解像性は実施例1と同等であったものの、メッキ耐性が悪かった。
一方、樹脂(A)−1に代えて、ポリヒドロキシスチレン(A)−2を用いた比較例1は、解像性は実施例1と同等であったものの、メッキ耐性が悪かった。
1…基板、2’…磁性膜、2…磁性膜パターン、3’…下地パターン、3…下地膜、4’…レジスト膜、4…レジストパターン、5…パターン、6…電極膜、10…磁気ヘッド(リード部)、11…メッキシード層、12…レジストパターン、13’…磁性膜、13…磁性膜パターン
Claims (4)
- アルカリ可溶性ノボラック樹脂(A)、放射線の照射により酸を発生する酸発生剤成分(B)、および架橋剤成分(C)を含有する、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を製造するためのネガ型レジスト組成物。
- 前記酸発生剤成分(B)が、オキシムスルホネート系酸発生剤である請求項1記載のネガ型レジスト組成物。
- さらに、含窒素有機化合物(D)を含有する請求項1または2記載のネガ型レジスト組成物。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載のネガ型レジスト組成物を用いて基板上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜を選択的に露光する工程、および前記レジスト膜をアルカリ現像してレジストパターンを形成する工程を含むレジストパターン形成方法。
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---|---|---|---|
JP2005138326A JP2006317583A (ja) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | MEMS(MicroElectroMechanicalSystems)を製造するためのネガ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法 |
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---|---|---|---|
JP2005138326A Withdrawn JP2006317583A (ja) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | MEMS(MicroElectroMechanicalSystems)を製造するためのネガ型レジスト組成物およびレジストパターン形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2006317583A (ja) |
-
2005
- 2005-05-11 JP JP2005138326A patent/JP2006317583A/ja not_active Withdrawn
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