JP2626655B2 - ポジ型フォトレジスト用ノボラック樹脂の製造法 - Google Patents

ポジ型フォトレジスト用ノボラック樹脂の製造法

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泰彦 堀川
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03CPHOTOSENSITIVE MATERIALS FOR PHOTOGRAPHIC PURPOSES; PHOTOGRAPHIC PROCESSES, e.g. CINE, X-RAY, COLOUR, STEREO-PHOTOGRAPHIC PROCESSES; AUXILIARY PROCESSES IN PHOTOGRAPHY
    • G03C1/00Photosensitive materials
    • G03C1/72Photosensitive compositions not covered by the groups G03C1/005 - G03C1/705

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ポジ型フォトレジスト用ノボラック樹脂の
製造法に関するものであり、特にパターン形状にすぐ
れ、かつ感度の良好なポジ型フォトレジストとするのに
好適なノボラック樹脂の製造法に関するものである。
〈従来の技術〉 ナフトキノンジアジド基やベンゾキノンジアジド基等
のキノンジアジド基を有する化合物を含む感光性樹脂組
成物は、300〜500nmの光照射によりキノンジアジド基が
分解してカルボキシル基を生じ、アルカリ不溶の状態か
らアルカリ可溶性になることを利用して、ポジ型フォト
レジストとして用いられる。この場合、通常ノボラック
樹脂が組み合わせて用いられる。ノボラック樹脂は、均
一で丈夫なレジスト塗膜を与えるのに重要である。この
ポジ型フォトレジストは、ネガ型フォトレジストに比
べ、解像力が著しくすぐれているという特徴を有する。
この高解像力を生かしてポジ型フォトレジストは、プリ
ント配線用銅張積層板に、またICやLSIなどの集積回路
を製作する際に写真食刻法のエッチング保護膜として利
用されている。これらのうち集積回路については、高集
積化に伴う微細化が進み、今や1μm巾のパターン形成
が要求されるに到っており、今後さらにサブミクロンへ
と進むことは必然と考えられる。
このような状況において、パターン形状が良好で、さ
らに解像力を向上させたポジ型フォトレジストに対する
要求は、非常に強いものがある。こうした観点で現在用
いられているポジ型フォトレジストを見ると、耐熱性や
耐ドライエッチング性についてはほぼ満足であっても、
パターン形状については必ずしも満足できるものとはい
えない。
〈発明が解決しようとする問題点〉 ポジ型フォトレジストのパターン形状を左右する因子
について種々検討を行った結果、使用するノボラック樹
脂の分子量分布が影響することがわかった。すなわち、
ノボラック樹脂の分子量分布が狭いほどパターン形状が
良好になる。ただし、分子量分布が極端に狭いと、フォ
トレジストの感度が低下する。
一般に、分子量分布の狭い高分子物質を得るために
は、合成された分子量分布の広い高分子物質を、良溶媒
と貧溶媒の比率を適当に選んで分別することにより行な
われる。この方法をノボラック樹脂に適用することは可
能であるが、低分子量側をカットした場合には、これを
用いたフォトレジストの感度が低くなり、逆に高分子量
側をカットした場合には、これを用いたフォトレジスト
の残膜収率が低くなり、いずれにしても適当な性能を有
するフォトレジスタが得られにくい欠点がある。また、
分別には多量の溶剤を使用するため、その回収費用が多
大で、コスト的に高価にならざるをえない。
そこで、本発明者らは鋭意検討を進めた結果、フェノ
ール類とホルムアルデヒドとを酸性触媒下で反応させて
ノボラック樹脂を製造するに際し、ノボラック樹脂の良
溶媒である有機溶剤を加えてフェノール類の濃度を下げ
れば下げるほど、得られるノボラック樹脂の分子良分布
が狭くなるという事実を見出し、本発明に到ったもので
ある。
〈問題点を解決するための手段〉 すなわち本発明は、フェノール類とホルムアルデヒド
とを反応させてノボラック樹脂を製造するに際し、ノボ
ラック樹脂の良溶媒である有機溶剤を該有機溶剤/フェ
ノー類の重量比が1〜10となる量存在させ、シュウ酸触
媒の存在下に反応を行なうことを特徴とする、ポジ型フ
ォトレジスト用ノボラック樹脂の製造法である。
本発明でノボラック樹脂の原料となるフェノール類と
しては、フェノール、o−クレゾール、m−クロゾー
ル、p−クレゾール、o−エチルフェノール、m−エチ
ルフェノール、p−エチルフェノール、o−ブチルフェ
ノール、m−ブチルフェノール、p−ブチルフェノー
ル、2,3−キシレノール、2,4−キシレノール、2,5−キ
シレノール、2,6−キシレノール、3,4−キシレノール、
3,5−キシレノール、p−フェニルフェノール等をあげ
ることができる。これらのフェノール類は、アルカリ溶
解性を考慮しつつ、いずれか1種を単独で、または2種
以上混合して使用することができる。
本発明においては、ノボラック樹脂の良溶媒である溶
剤を用いる。かかる溶剤は有機溶剤であり、具体的に
は、アルコール類(メタノール、エタノール、プロパノ
ール等)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、
メチルイソブチルケトン等)、エチレングリコールおよ
びそのエーテル類やエーテルエステル類(エチルセロソ
ルブ、エチルセロソルブアセテート等)、プロピレング
リコールおよびそのエーテル類やエーテルエステル類
(プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレ
ングリコールモノメチルエーテルアセテート等)、酢酸
エステル類(酢酸メチル、酢酸エチル等)、ホルムアミ
ド、ジメチルホルムアミド、テトロヒドロフラン、ジオ
キサン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル等をあ
げることができる。これらの溶剤は、ノボラック樹脂の
溶解性や反応温度等を考慮して、いずれか1種を単独
で、または2種以上混合して使用することができる。
有機溶剤とフェノール類は、1〜10/1の重量比で用い
る。すなわち、フェノール類に対する有機溶剤の重量比
が1未満になると、分子量分布があまり狭くならないた
め、パターン形状の改善がそれほど期待できない。一
方、フェノール類に対する有機溶剤の重量比が10を越え
ると、分子量分布は狭くなるものの、この樹脂を用いた
ウォトレジストの感度が低くなり、またノボラック樹脂
の生産性が悪く、経済的でなくなる。
有機溶剤は、反応当初から系内に存在させる。したが
って、最初から有機溶剤をフェノール類とともに仕込ん
で反応を行なうのが好ましい。ホルムアルデヒドは、一
般には水溶液の形で用いることができるが、パラホルム
アルデヒドなど、他の形で用いることもできる。
その他の反応条件は、ノボラック樹脂が製造できるよ
う、適宜設定することができる。例えば、ホルムアルデ
ヒドは、フェノール類に対して0.5〜2の範囲のモル比
で用いることができ、触媒として用いるシュウ酸、触媒
量でよく、例えば、フェノール類に対して0.001〜0.5モ
ル倍の範囲で存在させるのがよい。また反応温度は、80
〜120℃程度が適当であり、還流下で反応を行なうこと
もできる。反応時間は、所望のノボラック樹脂が得られ
る範囲で適宜選択すればよく、反応温度等によっても異
なるが、一般には8〜60時間程度の範囲が適当である。
〈実施例〉 次に、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例によって何ら制約される
ものではない。例中、含有量いないし使用量を表わす
%、部および割合は、特にことわらないかぎり重量基準
である。
実施例1 内容積1000mlの三ツ口フラスコに、混合クレゾール
(m−クレゾール/p−クロゾール=6/4:モル比)270gお
よびエチルセロソルブアセテート520gを仕込んだのち、
5%シュウ酸水30gおよび37%ホルマリン172gを添加し
た。撹拌しながらフラスコに油谷を浸し、反応温度を95
〜100℃にコントロールして19時間反応させることによ
り、ノボラック樹脂を合成した。反応後、中和、水洗、
脱水して、ノボラック樹脂のエチルセロソルブアセテー
ト溶液を得た。
ノボラック樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエー
ションクロマトグラフ法(GPC)により測定した。VPC分
析は、東洋曹達(株)製のHLC−802A型液体クロマトグ
ラフ装置に、カラムとして、東洋医曹達(株)製のG−
4000H8およびG−2000H8を各1本ずつ直列に連結して装
着し、キャリア溶媒として特級テトラヒドロフランを1m
l/分の流速で流すことにより行なった。
その結果、この樹脂の重量平均分子量(MWとする)は
13,161であり、分子量分布(分散)を示す重量平均分子
量/数平均分子量(MW/MNとする)は、7.09であった。
実施例2 実施例1と同様の装置に、混合クレゾール(m−クレ
ゾール/p−クレゾール=6/4:モル比)135gおよびエチル
セロソルブアセテート800gを仕込んだのち、シュウ酸2
水和物18gおよび37%ホルマリン111.4gを添加した。撹
拌しながらフラスコを油浴に浸し、反応温度を95〜100
℃にコントロールして35時間反応させることにより、ノ
ボラック樹脂を合成した。反応後、中和、水洗、脱水し
て、ノボラック樹脂のエチルセロソルブアセテート溶液
を得た。
GPCにより、この樹脂のMWは13,325であり、MW/MNは6.
25であった。
実施例3 実施例1と同様の装置に、混合クレゾール(m−クレ
ゾール/p−クレゾール=6/4:モル比)90gおよびプロピ
レングリコールモノメチルエーテルアセテート788gを仕
込んだのち、シュウ酸2水和物19.8gおよび37%ホルマ
リン87.8gを添加いた。撹拌しながらフラスコを油浴に
浸し、反応温度を95〜100℃にコントロールして45時間
反応させることにより、ノボラック樹脂を合成した。反
応後、中和、水洗、脱水して、ノボラック樹脂のプロピ
レングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液を得
た。
GPCにより、この樹脂のMWは13,430であり、MW/MNは5.
95であった。
比較例1 実施例1と同様の装置に、混合クレゾール(m−クレ
ゾール/p−クレゾール=6/4:モル比)270gおよびエチル
セロソルブアセテート100gを仕込んだのち、5%シュウ
酸水50gおよび37%ホルマリン150gを添加した。撹拌し
ながらフラスコを油浴に浸し、反応温度を95〜100℃に
コントロールして8時間反応させることにより、ノボラ
ック樹脂を合成した。反応後、中和、水洗、脱水して、
ノボラック樹脂のエチルセロソルブアセテート溶液を得
た。
GPCにより、この樹脂のMWは13,662であり、MW/MNは8.
32であった。
比較例2 実施例1と同様の装置に、混合クレゾール(m−クレ
ゾール/p−クレゾール=6/4:モル比)70gおよびエチル
セロソルブアセテート800gを仕込んだのち、シュウ酸2
水和物21.6gおよび37%ホルマリン78.8gを添加した。撹
拌しながらフラスコを油浴に浸し、反応温度を95〜100
℃にコントロールして53時間反応させることにより、ノ
ボラック樹脂を合成した。反応後、中和、水洗、脱水し
て、ノボラック樹脂のエチルセロソルブアセテート溶液
を得た。
GPCにより、この樹脂のMWは13,210であり、MW/MNは5.
71であった。
参考例 上記実施例または比較例で得られたノボラック樹脂16
部、感光剤〔2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノンと
1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸クロライ
ドとのモル比1:1.25の縮合物〕3部、および染料〔スミ
プラストRed AS:住友化学工業(株)品〕0.25部を、エ
チルセロソルブアセテートまたはプロピレングリコール
モノメチルエーテルアセテート/酢酸n−ブチル/キシ
レン=8/1/1の溶剤に溶かし、レジスト液を調合した
(溶剤量は、塗布膜厚が1.30μmになるように調整し
た)。これら各組成物を0.2μmのテフロン製フィルタ
ーで過し、レジスト液とした。
これを、常法により洗浄したシリコンウェハーに回転
塗布機を用いて4000r.p.m.で塗布した。次いで、このシ
リコンウェハーを90℃のクリーンオーブンに入れ、20分
間プリベークした。その後、250Wの超高圧水銀灯を光源
とするコンタクトアライナーを用い、光学的透過率が段
階的に変化しているステップタブレットマスクを通して
5秒間露光した。次に、現像液SOPD〔住友化学工業
(株)品〕を用いて70秒間現像した。現像後、各ステッ
プの露光量と現像速度から感度を求めた。また、現像後
のレジストパターンの付いたシリコンウェハーを種々の
温度に設定したクリーンオーブン中に、空気雰囲気下で
30分間放置したあと、レジストパターンを走査型電子顕
微鏡で観察することにより、パターン形状および耐熱性
を評価した。
これらの結果をまとめて表−1に示した。比較例で合
成したノボラック樹脂を用いた場合、感度、パターン形
状、耐熱性のいずれかが不十分であるのに対し、実施例
で合成したノボラック樹脂を用いた場合には、感度、パ
ターン形状、耐熱性とも、すぐれた性能を示している。
〈発明の効果〉 本発明の方法により製造されたノボラック樹脂は、フ
ォトレジスト用として適度な分子量分布を有し、その結
果、このノボラック樹脂を使用したポジ型フォトレジス
トは、良好なパターン形状を示し、感度も良好であり、
また耐熱性の性能面でも問題ない。したがって、このノ
ボラック樹脂を配合したフォトレジストを用いることに
よって、より微細な回路パターンを有する集積回路を製
作することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大井 冊雄 大阪市此花区春日出中3丁目1番98号 住友化学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−17112(JP,A) 特開 昭59−162542(JP,A) 特開 昭60−140235(JP,A) 特開 昭60−159846(JP,A) 神原周他編「高分子実験学第5巻重縮 合と重付加」共立出版(昭55−8−15) P.437−455

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フェノール類とホルムアルデヒドとを、ノ
    ボラック樹脂の良溶媒である有機溶剤を該有機溶剤/フ
    ェノール類の重量比が1〜10となる量で反応当初から存
    在させ、触媒量のシュウ酸の存在下に反応させることを
    特徴とする、ポジ型フォトレジスト用ノボラック樹脂の
    製造法。
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