JP2577908B2 - ポジ型フオトレジスト組成物 - Google Patents

ポジ型フオトレジスト組成物

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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/022Quinonediazides
    • G03F7/023Macromolecular quinonediazides; Macromolecular additives, e.g. binders
    • G03F7/0233Macromolecular quinonediazides; Macromolecular additives, e.g. binders characterised by the polymeric binders or the macromolecular additives other than the macromolecular quinonediazides
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、主に半導体集積回路やフォトマスクなどの
パターン形成に用いられるアルカリ現像型の感放射線レ
ジストに関し、さらに詳しくは、微細パターン形成能力
と耐熱性に優れたポジ型フォトレジストに関する。
<従来の技術> 従来、フォトレジストとしては、感度と基板に対する
密着性が良好な環化ゴム系のものが使用されていたが、
半導体集積回路の高集積化に伴い環化ゴム系レジストで
は解像力に限界があるためアルカリ現像型のポジ型フォ
トレジストが主として集積回路のパターン形成に用いら
れるようになった。
半導体集積回路においては、高集積化のために1ミク
ロン以下の寸法のパターンを形成する必要が生じて来
た。このような微細パターンを形成するために、露光装
置の改良が行われている。主にレンズの性能向上によっ
て現在一般に使用されている縮小投影露光装置の解像度
は1ミクロン以下となっているが、0.6ないし0.5ミクロ
ン程度が限界であろうと考えられている。ところが、集
積回路の設計方法が光学的解像度に近付きつつあるた
め、こうした領域においても正確にパターンを形成でき
る高解像力のレジストの必要性が高まっている。
一方、レジストパターンを基板に転写するためのエッ
チング技術が、エッチング液の中に基板を浸漬する湿式
に代わって、プラズマによる反応性イオンエッチング
(RIE)が主流となるに及んで、レジストに対しても新
たに以下のような性能が要求されるようになった。
まず、RIEが基板の深さ方向にのみエッチングが進行
する性質があるため、レジストパターンの側壁が傾いて
いると正確にパターン寸法を転写できない。そこで、レ
ジストには、より矩形に近いパターンを形成する性能が
要求される。
次いで、RIEの場合エッチングの処理速度を上げると
レジストの表面温度が上がりパターンが熱変形を起こす
ことがある。また、これを防ぐため遠紫外線を照射して
レジストパターンを架橋させる手法が取り入れられつつ
あるが、この際にもレジストパターンの温度が上昇す
る。何れの場合にもパターンが変形しないための耐熱性
が必要になってきた。
さらに、光学的解像度の限界に近いパターン寸法の領
域におけるパターン形成を行なう場合、レジストパター
ンが密集している部分に比べてパターンが孤立している
部分のパターン寸法が小さくなる問題があり、寸法変化
をより小さく抑えることができることも必要になってき
た。
従来ポジ型フォトレジスト用のアルカリ可溶性樹脂と
しては、フェノールホルムアルデヒド樹脂、クレゾール
等のアルキルフェノールとホルムアルデヒドの縮合物、
さらにカテコール,レゾルシノールなどを共縮合したも
の、ホルムアルデヒド以外の本発明フタルアルデヒド化
合物と異なるアルデヒドを用いたものも知られており、
また、ポリビニルフェノール、ポリイソプロペニルフェ
ノールあるいはこれらの共重合体も知られている。
しかし、これらのものは前記のような問題点を解決す
ることができなかった。
<発明が解決しようとする問題点> 本発明者らは、前記欠点を解決すべく鋭意研究の結
果、アルカリ可溶性樹脂とキノンジアジド化合物よりな
るフォトレジストにおけるアルカリ可溶性樹脂のアルデ
ヒド成分として特定の化合物を少なくとも5重量%含有
するポジ型フォトレジストを用いれば、高集積化に伴う
諸々の問題を解決できることを見出し、この知見に基づ
いて本発明を完成するに致った。
<問題点を解決するための手段> かくして本発明によれば、アルカリ可溶性樹脂とキノ
ンジアジド化合物を必須成分として含んでなるレジスト
組成物において、アルカリ可溶性樹脂がフェノール化合
物とアルデヒド類との酸性触媒下における縮合生成物で
あって、該アルデヒド類が、 一般式 (Rは水素,ハロゲン又は炭素数1〜8のアルキル基で
ある) で示される化合物を少なくとも5重量%含有するもので
あることを特徴とするポジ型フォトレジスト組成物が提
供される。
本発明におけるアルカリ可溶性樹脂は、フェノール化
合物とアルデヒド類を酸性触媒下で縮合させたものであ
る。フェノール化合物としては、フェノール、クレゾー
ル,キシレノール,t−ブチルフェノール,ナフトール等
を単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。
アルデヒド成分のうち少なくとも5重量%は前記一般
式で示されるフタルアルデヒド化合物である必要があ
る。5重量%未満では充分な解像力と耐熱性が得られな
い。該フタルアルデヒド化合物としては、フタルアルデ
ヒド,テレフタルアルデヒド,4−メチルフタルアルデヒ
ド及び4−クロロフタルアルデヒドなどが挙げられる。
なお、この化合物は他のアルデヒドと併用してもよい
が、アルデヒドとして単独で用いることもできる。
本発明におけるフェノール樹脂の縮合反応は反応物を
一括して投入して行なってもよいし、何段階かに分けて
反応させてもよい。
酸性触媒としては、塩酸,硫酸,リン酸等の無機酸の
ほかにシュウ酸,p−トルエンスルフォン酸などの有機酸
が用いられるが、使用するフェノールとアルデヒド類の
反応性の大小に応じて酸性の強弱を選択する必要があ
る。
このようにして得られた縮合物の分子量としては、数
平均分子量が800〜2000、好ましくは900〜1600のものが
よい。分子量が大き過ぎるとレジストの耐熱性はよいが
1ミクロン以下のパターンの解像力が劣る。逆に分子量
が小さ過ぎると耐熱性が悪化してパターンが流れてしま
う。
本発明のキノンジアジド化合物は、特に限定されるも
のではないが、o−ナフトキノンジアジド−4−スルフ
ォン酸クロライドまたはo−ナフトキノンジアジド−5
−スルフォン酸クロライドのエステルを挙げることがで
きる。これらの具体例は、ジェー.コーサー著「ライト
センシティブ システムズ」339〜352,(1965)ジョ
ン ウイリ アンド サンズ社(ニューヨーク)(J.Ko
sar“Light−Sensitive Systems",339〜352,(1965)Jo
hn Wiley & Sons(New York)や、ダブリュ.エス.デ
フォレスト著「フォトレジスト」,50,(1975),マクグ
ロウ−ヒル インコーポレーテッド.(ニューヨーク)
(W.S.DeForest“Photoresist",50,(1975),McGrow−H
ill Inc.,(New York))などに詳しい。これらの中で
工業的に生産されていて有用なものとしては、2,3,4−
トリヒドロキシベンゾフェノンのナフトキノンジアジド
スルフォン酸エステル、2,3,4,4′−テトラヒドロキシ
ベンゾフェノンのナフトキノンジアジドスルフォン酸エ
ステル、2,2′,4,4′−テトラヒドロキシベンゾフェノ
ンのナフトキノンスルフォン酸エステルなどが挙げられ
る。
アルカリ可溶性樹脂とキノンジアジド化合物の配合組
成は、前者100重量部に対して後者を10〜50重量部、好
ましくは20〜40重量部である。後者の配合量が多過ぎる
と現像残が生じ易く、少な過ぎるとレジストの膜減りが
大きくなって断面が丸まったパターンしか描くことがで
きないために、パターンを正確な寸法精度で基板に転写
することができない。
これらのアルカリ可溶性樹脂およびナフトキノンジア
ジド化合物は、単独の組み合わせで用いてもよいし、そ
れぞれを併用してもよいことは勿論である。
本発明のレジスト組成物は、固形物を有機溶剤に均一
に溶解して用いられる。溶剤としては、プロパノール,
ブタノールなどのアルコール類、メチルエチルケトン,
メチルイソブチルケトン,シクロヘキサノンなどのケト
ン類、酢酸エチル,酢酸ブチル,酢酸イソアミルなどの
酢酸エステル類、テトラヒドロフラン,ジオキサンなど
の環状エーテル、メチルセロソルブ,エチルセロソル
ブ,ブチルセロソルブなど、さらにエチルセロソルブア
セテート,ブチルセロソルブアセテート,γ−ブチロラ
クトンなどが挙げられる。また、キシレン,トルエンな
どの芳香族炭化水素を混合してもよい。固形物の含有量
は、10〜40重量%程度が通常用いられる。
本発明のレジスト組成物には、界面活性剤,染料,増
感剤などの添加物が配合されていてもよい。
本発明のレジスト組成物用の現像液としては、水酸化
ナトリウム,水酸化カリウム,メタケイ酸ナトリウムな
どの無機アルカリ,水酸化テトラメチルアンモニウム,
コリンなどの有機アルカリが用いられる。また、アミン
類,アルコール類,エーテル類,界面活性剤などを混合
して用いることもできる。
本発明のレジスト組成物は、基板に回転塗布したの
ち、100℃前後で熱処理して1ミクロン程度のレジスト
膜を形成し、次いで露光・現像してパターンを形成す
る。露光は、通常コンタクトアライナー,プロジェクシ
ョンアライナー,ステッパーなどの紫外線露光装置によ
って行なうのが好適であるが、電子線,X線,イオンビー
ムなども用いることができる。現像は露光した基板を現
像液の中に1分程度浸漬するか、基板の上に現像液を静
置して行なうのがよい。
<発明の効果> かくして本発明によれば、解像力と耐熱性に優れ、パ
ターン寸法の変化が小さいポジ型フォトレジスト組成物
が提供される。
<実 施 例> 以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明す
る。なお、実施例、比較例中の部及び%は特に断りのな
い限り重量基準である。
実施例 1 m−クレゾール32.4g(0.30モル)とp−クレゾール2
1.6g(0.20モル)と37%ホルムアルデヒド水溶液15.7g
(0.20モル)とテレフタルアルデヒド29.5g(0.22モ
ル)およびシュウ酸2水和物0.620g(0.0049モル)の混
合物を攪拌しながら加熱し、4時間還流した。次いで加
熱攪拌を続けながら常圧で水を留去、さらに減圧下未反
応モノマーを留去した(最終樹脂温度200℃、減圧度10m
mHg)。生成物を反応器から取り出し冷却して76gの樹脂
を得た。VPO(蒸気圧平衡方式分子量測定装置)を用い
て測定した数平均分子量は1200であった。
上記の樹脂100部に対して2,3,4,4′−テトラヒドロキ
シベンゾフェノンとo−ナフトキノンジアジド−5−ス
ルフォン酸クロライドの1対3.0(モル比)のエステル
化反応生成物30部を固形分濃度が30%になるようにエチ
ルセロソルブアセテートに溶解した。この溶液を0.2ミ
クロンのテフロンメンブランフィルターで濾過してレジ
スト組成物を得た。
このレジスト組成物をスピンコーターでシリコン鏡面
ウェハに塗布し、エアーオーブン中85℃で30分プリベー
クし1.2ミクロンの膜厚を得た。次いで、縮小投影露光
装置(NA=0.35,g線)で1.0ミクロンから0.6ミクロンま
で0.05ミクロン刻みで1対1ライン・アンド・スペース
・パターンを有するレチクルを介して露光した。同時に
5ミクロンライン・アンド・スペース・パターンも露光
した。このウェハを2.4%水酸化テトラメチルアンモニ
ウム水溶液で静置現像し、以下の評価を行なった。
感度は5ミクロンのパターンが抜けるのに必要な最小
露光秒数をmsec単位で表わし、最小解像線幅は感度にあ
たる露光秒数から20msecづつ露光時間を400msecまで増
加させていったときに解像できる最も狭い1対1ライン
・アンド・スペース・パターンの線幅を表わす。断面の
形状は、最小解像線幅のパターンの破断面を観察し、矩
形のものは○、台形のものは×とした。パターン幅は、
感度の2倍の露光量において、基板に形成された1.0ミ
クロンライン・アンド・スペース・パターンの寸法を測
定して評価した。寸法が1.0ミクロンに近いものほど好
ましく、細っているものは良くない。耐熱性は、ウェハ
を140℃のホットプレートで200秒処理した後の5ミクロ
ンパターンの破断面形状が、矩形を保持していれば○、
丸まっているものは×とした。これらの評価には走査型
電子顕微鏡を用いた。
感度は150msec、最小解像線幅は0.7ミクロン、断面形
状は○、パターン幅は1.2ミクロン、耐熱性は○であっ
た。
実施例 2 m−クレゾール32.4g(0.30モル)とp−クレゾール2
1.6g(0.20モル)と37%ホルムアルデヒド水溶液29.0g
(0.37モル)とテレフタルアルデヒド6.7g(0.05モル)
およびシュウ酸2水和物0.62g(0.0049モル)の混合物
を攪拌しながら加熱し、3時間還流した。次いで加熱攪
拌を続けながら常圧で水を留去、さらに減圧下未反応モ
ノマーを留去した(最終樹脂温度185℃、減圧度10mmH
g)。生成物を反応器から取り出し冷却して61gの樹脂を
得た。VPO(蒸気圧平衡方式分子量測定装置)を用いて
測定した数平均分子量は1060であった。
上記の樹脂を実施例1と同様にレジスト組成物とし、
レジスト特性の評価を行なった。感度は140msec、最小
解像線幅は0.80ミクロン、断面形状は○、パターン幅は
1.1ミクロン、耐熱性は○であった。
実施例 3 m−クレゾール43.2g(0.40モル)とp−クレゾール1
0.8g(0.10モル)と3,5−キシレノール24.4g(0.20モ
ル)と37%ホルムアルデヒド水溶液20.4g(0.26モル)
とテレフタルアルデヒド45.6g(0.34モル)およびシュ
ウ酸2水和物0.66g(0.0052モル)の混合物を攪拌しな
がら加熱し、3時間還流した。次いで加熱攪拌を続けな
がら常圧で水を留去、さらに減圧下未反応モノマーを留
去した(最終樹脂温度190℃、減圧度10mmHg)。生成物
を反応器から取り出し冷却して114gの樹脂を得た。VPO
(蒸気圧平衡方式分子量測定装置)を用いて測定した数
平均分子量は1090であった。
上記の樹脂を実施例1と同様に評価した。感度は160m
sec、最小解像線幅は0.75ミクロン、断面形状は○、パ
ターン幅は1.1ミクロン、耐熱性は○であった。
実施例 4 m−クレゾール43.2g(0.40モル)とp−クレゾール1
0.8g(0.10モル)とα−ナフトール28.8gと37%ホルム
アルデヒド水溶液26.6g(0.27モル)とテレフタルアル
デヒド45.6g(0.34モル)およびシュウ酸2水和物0.68g
(0.0054モル)の混合物を攪拌しながら加熱し、5時間
還流した。次いで加熱攪拌を続けながら常圧で水を留
去、さらに減圧下未反応モノマーを留去した(最終樹脂
温度190℃、減圧度10mmHg)。生成物を反応器から取り
出し冷却して115gの樹脂を得た。VPO(蒸気圧平衡方式
分子量測定装置)を用いて測定した数平均分子量は1210
であった。
上記の樹脂を実施例1と同様に評価した。感度は150m
sec、最小解像線幅は0.80ミクロン、断面形状は○、パ
ターン幅は1.2ミクロン、耐熱性は○であった。
比較例 m−クレゾール/p−クレゾール=6/4の仕込で数平均
分子量1140のクレゾール・ホルムアルデヒド樹脂を実施
例1と同様に評価した。
感度は140msec、最小解像線幅は0.9ミクロン、断面形
状は×、パターン幅は0.8ミクロン、耐熱性は×であっ
た。
本発明の組成物は、比較例に比べて感度,解像力,線
幅変化のバランスが優れていることがわかる。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルカリ可溶性樹脂とキノンジアジド化合
    物を必須成分として含んでなるレジスト組成物におい
    て、アルカリ可溶性樹脂がフェノール化合物とアルデヒ
    ド類との酸性触媒下における縮合生成物であって、該ア
    ルデヒド類が、 一般式 (Rは水素,ハロゲン又は炭素数1〜8のアルキル基で
    ある) で示される化合物を少なくとも5重量%含有するもので
    あることを特徴とするポジ型フォトレジスト組成物。
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