JP2660352B2 - レジスト組成物 - Google Patents

レジスト組成物

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JP2660352B2 JP24392589A JP24392589A JP2660352B2 JP 2660352 B2 JP2660352 B2 JP 2660352B2 JP 24392589 A JP24392589 A JP 24392589A JP 24392589 A JP24392589 A JP 24392589A JP 2660352 B2 JP2660352 B2 JP 2660352B2
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • 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
    • G03F7/0045Photosensitive materials with organic non-macromolecular light-sensitive compounds not otherwise provided for, e.g. dissolution inhibitors

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レジスト組成物に関し、さらに詳しくは、
遠紫外線、KrFエキシマレーザー光などの照射によるパ
ターン形成が可能なレジスト材料に関する。本発明のレ
ジスト組成物は、特に、半導体素子の微細加工用ネガ型
レジストとして好適である。
〔従来の技術〕
レジストを用いる微細加工により半導体素子を製造す
る場合、シリコンウエーハ表面にレジストを塗布して感
光膜を作り、光を照射して潜像を形成し、次いでそれを
現像してネガまたはポジの画像を形成するリソグラフィ
ー技術によって画像(パターン)を得ている。シリコン
ウエーハ上に残ったレジストを保護膜として、エッチン
グを行なった後、レジスト膜を除去することにより微細
加工は終了する。
ところで、近年、IC、LSIさらにVLSIへと半導体素子
の高集積化、小型化に伴って、1μm以下の微細パター
ンを形成する技術が要求されている。しかしながら、近
紫外線または可視光線を用いる従来のフォトリソグラフ
ィー技術では、1μm以下の微細パターンを精度よく形
成することは極めて困難であり、歩留りの低下も著し
い。
このため、光(波長350〜450nmの紫外光)を利用する
従来のフォトリソグラフィーにかえて、露光の解像度を
高めるために、波長の短い遠紫外線(短波長紫外線)、
KrFエキシマレーザー光(波長249nmの光を出すクリプト
ンフルオライドレーザー)などを用いるリソグラフィー
技術が研究されている。
このリソグラフィー技術の中心となるレジスト材料に
は、多数の高度な特性が要求されているが、その中でも
重要なのは、感度、解像度、耐エッチング性および保存
安定性である。
すなわち、(1)レジストは、露光に使われる光や電
子線などの放射線に対して良好な感度を有することが求
められており、レジストを感じさせるのに必要な照射量
が小さいほど感度は良好である。(2)レジストを用い
て加工が可能な最小寸法が小さいほど解像度は高くなる
が、そのためにレジストは現像液の中で膨潤せず、か
つ、高いコントラストをもっていることが必要である。
(3)レジストは、保護膜として、エッチングに耐えな
ければならないが、特に、プラズマや加速イオンを用い
るドライエッチングに耐えることが要求される。(4)
レジストは、保存安定性を有し、変質や劣化等の起こら
ないことが要求される。
しかし、従来開発されたレジスト材料は、これら全て
の性能を充分に満足するものではなく、性能の向上が強
く望まれていた。
例えば、ポリメタクリル酸グリシジルのようなネガ型
レジストは、高感度ではあるが、解像度や耐ドライエッ
チング性が劣る。また、ポリメタクリル酸メチルのよう
なポジ型レジストは、解像度は良好であるが、感度や耐
ドライエッチング性が劣る。
最近、基材高分子、光酸発生剤および感酸物質の3成
分系からなる微細加工用レジストが開発されている。こ
れは、光によって発生した酸を触媒として感酸物質が反
応し、基材高分子の溶解性などが変化して、ポジ型また
はネガ型レジストとなるものである。例えば、ノボラッ
ク樹脂、メチロールメラミン、光酸発生剤からなるネガ
型レジストが知られている。光によって生成する酸を触
媒として、メチロールメラミンがフェノール樹脂を架橋
して不溶化させるものである。また、ノボラック樹脂−
エポキシ化合物などのカチオン重合性の官能基を含むポ
リマーに、光酸発生剤の存在下で光照射すると、官能基
の重合により架橋構造となり不溶化する現象を利用した
ネガ型レジストも知られている。
ところが、ノボラック樹脂系のフォトレジストを遠紫
外線で露光すると、レジスト自体の光吸収が大きすぎる
ために、感度や解像度が不充分となり、良好な微細パタ
ーンの形成ができず、最近の高度な要求性能基準から見
て、いまだ充分ではない。
そこで、前記性能のバランスのとれた新規なレジスト
の開発が強く望まれていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、感度、解像度、耐エッチング性およ
び保存安定性などのレジスト特性が高度にバランスのと
れたレジスト材料を提供することにある。
また、本発明の目的は、波長の短い遠紫外線やKrFエ
キシマレーザー光を用いるリソグラフィーに適したレジ
スト材料を提供することにある。
本発明の他の目的は、特に、半導体素子の微細加工用
ネガ型レジストとして好適なレジスト組成物を提供する
ことにある。
本発明者らは、前記従来技術の有する問題点を解決す
るために鋭意研究した結果、基材高分子としてアルカリ
可溶性の水素添加フェノール樹脂を用い、これを、活性
光線の照射により酸開裂可能な化合物(光酸発生剤)お
よび酸の存在下で架橋する化合物(酸架橋性化合物)と
組合わせることにより、前記目的を達成することができ
るレジスト組成物の得られることを見出し、その知見に
基づいて本発明を完成するに至った。
〔課題を解決するための手段〕
かくして、本発明によれば、(A)アルカリ可溶性の
水素添加フェノール樹脂、(B)活性光線の照射により
酸開裂可能な化合物および(C)酸の存在下で架橋する
化合物を含有することを特徴とするレジスト組成物が提
供される。
以下、本発明について詳述する。
(アルカリ可溶性の水素添加フェノール樹脂) 本発明においては、基材高分子としてアルカリ可溶性
の水素添加フェノール樹脂を用いる。水素添加フェノー
ル樹脂を用いることにより、感度、解像度、耐エッチン
グ性および保存安定性が良好となる。
アルカリ可溶性の水素添加フェノール樹脂は、例え
ば、フェノール類とアルデヒド類との縮合反応生成物、
フェノール類とケトン類との縮合反応生成物、ビニルフ
ェノール系重合体、イソプロペニルフェノール系重合体
などのアルカリ可溶性フェノール樹脂を水素添加した樹
脂である。
水素添加は、通常、水素添加率が0.1〜70%、好まし
くは1〜50%、さらに好ましくは3〜40%の範囲となる
ように行なう。水素添加率が70%を超えると水素添加フ
ェノール樹脂がアルカリ不溶性になるので、レジスト用
の基材高分子としては不適当である。また、水素添加率
が低すぎると、水素添加による性能向上効果が小さくな
る。
ここで用いるフェノール類の具体例としては、フェノ
ール、クレゾール、キシレノール、エチルフェノール、
フェニルフェノール、レゾルシノール、ピロカテコー
ル、ハイドロキノン、ビスフェノールA、ピロガロール
などが挙げられる。
アルデヒド類の具体例としては、ホルムアルデヒド、
アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、テレフタルアル
デヒドなどが挙げられる。
ケトン類の具体例としては、アセトン、メチルエチル
ケトン、ジエチルケトン、ジフェニルケトンなどが挙げ
られる。
これらの縮合反応は、常法に従って行うことができ
る。
また、ビニルフェノール系重合体は、ビニルフェノー
ルの単独重合体およびビニルフェノールと共重合可能な
成分との共重合体から選択される。
共重合可能な成分の具体例としては、アクリル酸とそ
の誘導体、メタクリル酸とその誘導体、スチレンとその
誘導体、無水マレイン酸、、酢酸ビニル、アクリロニト
リルなどが挙げられる。
また、イソプロペニルフェノール系重合体は、イソプ
ロペニルフェノールの単独重合体およびイソプロペニル
フェノールと共重合可能な成分との共重合体から選択さ
れる。
共重合可能な成分の具体例としては、アクリル酸とそ
の誘導体、メタクリル酸とその誘導体、スチレンとその
誘導体、無水マレイン酸、酢酸ビニル、アクリロニトリ
ルなが挙げられる。
フェノール樹脂の水素添加反応は、公知の方法によっ
て実施することが可能であって、フェノール樹脂を有機
溶剤に溶解し、均一系または不均一系の水素添加触媒の
存在下、水素を導入することによって達成される。
水素添加反応におけるフェノール樹脂溶液の濃度は、
1〜70重量%、好ましくは1〜40重量%である。溶媒と
しては、水素添加触媒に悪影響を与えないで、フェノー
ル樹脂を溶解させるものであればとくに制限はない。
水素添加触媒は、水素添加反応の活性を有する金属あ
るいは非金属触媒であればとくに限定はない。具体例と
しては、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir、Os、Pt、Cr、T
e、Mn、Ti、V、Zr、Mo、W系水素添加触媒が挙げられ
る。これらの触媒は、単独あるいは併用することもでき
る。
水素添加反応の反応温度は、通常、0〜300℃、好ま
しくは20〜150℃である。300℃以上でも可能であるが、
副反応が起こり易いので好ましくない。
水素圧は、大気圧〜400kg/cm2、好ましくは5〜200kg
/cm2である。
水素添加反応後、再沈精製、沈降法、遠心分離法、濾
過法などにより、水素添加反応樹脂溶液から触媒を除去
することが可能である。
これらのアルカリ可溶性の水素添加フェノール樹脂
は、単独でも用いられるが、2種以上を混合して用いて
も良い。
本発明のレジスト組成物には必要に応じて、現像性、
保存安定性、耐熱性などを改善するために、例えば、ス
チレンとアクリル酸、メタクリル酸または無水マレイン
酸との共重合体、アルケンと無水マレイン酸との共重合
体、ビニルアルコール重合体、ビニルピロリドン重合
体、ロジン、シェラックなどを添加することができる。
これらの任意成分の添加量は、アルカリ可溶性の水素
添加フェノール樹脂100重量部に対して、0〜50重量
部、好ましくは5〜20重量部である。
(活性光線の照射により酸開裂可能な化合物) 本発明において用いられる活性光線の照射により酸開
裂可能な化合物(光酸発生剤)は、活性光線の照射によ
りブレーンステッド酸あるいはルイス酸を発生する物質
であれば特に制限はなく、各種の公知化合物および混合
物が使用可能であって、例えば、オニウム塩、ハロゲン
化有機化合物、ハロゲン化有機化合物/有機金属の混合
物、o−キノンジアジド化合物などが挙げられる。
オニウム塩の具体例としては、ジアゾニウム塩、アン
モニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ホスホ
ニウム塩、アルソニウム塩、オキソニウム塩などが挙げ
られる。
ハロゲン化有機化合物の具体例としては、特開昭54−
74728号、特開昭54−24113号、特開昭55−77742号、特
開昭60−3626号、特開昭60−138539号などに記載されて
いるハロアルキル基含有オキサジアゾール系化合物;特
開昭48−36281号、特開昭53−133428号、特開昭54−748
87号、特開昭62−175735号、特開昭63−68831号、特開
昭63−70243号、特開昭63−153542号、特開昭63−29833
9号、特開昭64−35548号などに記載されているハロアル
キル基含有トリアジン系化合物;特公昭49−21601号に
記載されているハロアルキル基含有アセトフェノン系化
合物、ハロアルキル基含有スルホキサイド系化合物、ハ
ロアルキル基含有スルホン系化合物、ハロアルキル基含
有脂肪族炭化水素化合物、ハロアルキル基含有芳香族炭
化水素化合物、ハロアルキル基含有ヘテロ環状化合物、
スルフェニルハライド系化合物;などの各種化合物が挙
げられる。
また、ハロゲン化有機化合物として、さらにトリス
(β−クロロエチル)ホスフェート、トリス(2,3−ジ
クロロプロピル)ホスフェート、トリス(2,3−ジブロ
モプロピル)ホスフェート、トリス(2,3−ジブロモ−
3−クロロプロピル)ホスフェート、クロロテトラブロ
モブタン、ヘキサクロロベンゼン、ヘキサブロモベンゼ
ン、ヘキサブロモシクロドデカン、ヘキサブロモビフェ
ニル、トリブロモフェニルアリルエーテル、テトラクロ
ロビスフェノールA、テトラブロモビスフェノールA、
ビス(ブロモエチルエーテル)テトラブロモビスフェノ
ールA、ビス(クロロエチルエーテル)テトラクロロビ
スフェノールA、トリス(2,3−ジブロモプロピル)イ
ソシアヌレート、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジ
ブロモフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキ
シエトキシ−3,5−ジブロモフェニル)プロパンなどの
一般に難燃剤として用いられている含ハロゲン系化合
物;ジクロロジフェニルトリクロロエタン、ベンゼンヘ
キサクロライド、ペンタクロロフェノール、2,4,6−ト
リクロロフェニル−4−ニトロフェニルエーテル、2,4
−ジクロロフェニル−3′−メトキシ−4′−ニトロフ
ェニルエーテル、2,4−ジクロロフェノキシ酢酸、4,5,
6,7−テトラクロロフサライド、1,1−ビス(4−クロロ
フェニール)エタノール、1,1−ビス(4−クロロフェ
ニール)−2,2,2−トリクロロエタノール、エチル−4,4
−ジクロロベンジレート、2,4,5,4′−テトラクロロジ
フェニルスルファイド、2,4,5,4′−テトラクロロジフ
ェニルスルホーンなどの一般に有機クロロ系農薬として
使用されている含ハロゲン系化合物なども挙げられる。
o−キノンジアジド化合物の具体例としては、1,2−
ベンゾキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、1,2
−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、1,
2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、
2,1−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステ
ル、2,1−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エス
テル、その他のキノンジアジド誘導体のスルホン酸エス
テル、1,2−ベンゾキノンジアジド−4−スルホン酸ク
ロライド、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン
酸クロライド、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スル
ホン酸クロライド、2,1−ナフトキノンジアジド−4−
スルホン酸クロライド、2,1−ナフトキノンジアジド−
5−スルホン酸クロライド、その他のキノンジアジド誘
導体のスルホン酸クロライド、などが挙げられ、これら
は単独でも2種以上を混合して用いてもよい。
これらの活性光線の照射により酸開裂可能な化合物の
配合割合は、水素添加フェノール樹脂100重量部に対し
て、0.1〜50重量部、好ましくは1〜30重量部、さらに
好ましくは2〜20重量部であり、この配合割合が0.1重
量部未満ではパターンの形成が事実上不可能となり、50
重量部を越えると現像残が発生しやすくなる。
(酸架橋性化合物) 本発明において用いられる酸架橋性化合物は、活性光
線の照射により酸開裂可能な化合物に由来する酸の存在
下で架橋し、活性光線の照射部の水素添加フェノール樹
脂のアルカリ現像液に対する溶解性を低下させる物質で
あれば、特に限定されるものではないが、その中でも、
C−O−R基(Rはアルキル基)を有する化合物、ある
いはエポキシ基を有する化合物が好ましい。
C−O−R基を有する化合物 C−O−R基(Rはアルキル基)を有する化合物の具
体例としては、アルキルエーテル化メラミン樹脂、アル
キルエーテル化ベンゾグアナミン樹脂、アルキルエーテ
ル化ユリア樹脂、アルキルエーテル基含有フェノール系
化合物などが挙げられる。
アルキルエーテル化メラミン樹脂は、常法に従って合
成することが可能であって、三輪一朗、松永英夫編著
「ユリア・メラミン樹脂」(1979、日刊工業新聞社発
行)などに詳説されている。アルキルエーテル化メラミ
ン樹脂は、メラミンとホルムアルデヒドを塩基性条件下
で縮合して得られたメチロールメラミンをアルコールで
アルキルエーテル化して得られる。本発明で用いるアル
キルエーテル化メラミン樹脂としては、保存安定性が良
好であることから、ヘキサアルキルエーテル化メラミン
を主成分とするメラミン樹脂が好ましく、その中でも特
にヘキサメチルエーテル化メラミン樹脂が好ましい。
アルキルエーテル化ベンゾグアナミン樹脂は、アルキ
ルエーテル化メラミン樹脂のメラミンの代わりにベンゾ
グアナミンを用いることにより容易に合成することが可
能である。本発明において用いるアルキルエーテル化ベ
ンゾグアナミン樹脂としては、保存安定性が良好である
ことから、テトラアルキルエーテル化ベンゾグアナミン
樹脂が好ましく、特にその中でもテトラメチルエーテル
化ベンゾグアナミン樹脂が好ましい。
アルキルエーテル化ユリア樹脂は、常法に従って合成
することが可能であって、前記「ユリア・メラミン樹
脂」などに詳説されている。アルキルエーテル化ユリア
樹脂は、尿素とホルムアルデヒドを縮合して得られたメ
チロール尿素をアルコールでアルキルエーテル化して得
られる。本発明において用いるアルキルエーテル化ユリ
ア樹脂としては、モノメチロール尿素、ジメチルロール
尿素、トリメチロール尿素、ウロン化合物のアルキルエ
ーテル化物が好ましく、さらに好ましくはトリメチロー
ル尿素のアルキルエーテル化物が挙げられる。
アルキルエーテル基含有フェノール系化合物の具体例
としては、一般式(1)で示される化合物が挙げられ
る。
(ただし、式中、R1はアルキル基、アルコキシ基、アル
ケニル基、またはアルケニルオキシ基であり、R2はアル
キル基、nは1〜5、特に好ましくは1〜3の整数を表
わす。) エポキシ基を有する化合物 エポキシ基を有する化合物の具体例としては、ビフェ
ノールA系エポキシ、ビスフェノールF系エポキシ、ビ
スフェノールS系エポキシ、ビスフェノールE系エポキ
シ、ノボラック系エポキシ、臭素化エポキシなどのグリ
シジルエーテル系エポキシ樹脂;シクロヘキセンオキサ
イド基、トリシクロデセンオキサイド基、シクロペンテ
ンオキサイド基などを含む脂環式脂肪族エポキシ樹脂;
グリシジルエステル系エポキシ樹脂;グリシジルアミン
系エポキシ樹脂;複素環式エポキシ樹脂;多官能性エポ
キシ樹脂;などが挙げられる。
これらエポキシ樹脂は、常法に従って合成することが
可能であって、垣内弘編著「エポキシ樹脂」(1985、昭
晃堂発行)などに詳説されている。
これら酸架橋性化合物は、単独でも2種以上を混合し
て用いてもよく、水素添加フェノール樹脂100重量部に
対して、0.2〜50重量部、好ましくは3〜40重量部、さ
らに好ましくは5〜30重量部であり、この配合割合が0.
2重量部未満ではパターンの形成が実質上不可能とな
り、50重量部を越えると現像残が発生しやすくなる。
(レジスト組成物) 本発明のレジスト組成物は、基板に塗布してレジスト
膜を形成するために、通常、溶剤に溶解して用いる。
溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、シク
ロヘキサノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノー
ル、ブチロラクトンなどのケトン類;n−プロピルアルコ
ール、iso−プロピルアルコール、n−ブチルアルコー
ル、t−ブチルアルコール、などのアルコール類;エチ
レングリコールジメチルエーテル、エチレングリコール
ジエチルエーテル、ジオキサン、などのエーテル類;エ
チレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコ
ールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメ
チルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテ
ルなどのアルコールエーテル類;ギ酸プロピル、ギ酸ブ
チル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチ
ル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、酪酸エチル、な
どのエステル類;2−オキシプロピオン酸メチル、2−オ
キシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸メ
チル、2−メトキシプロピオン酸エチル、などのモノオ
キシカルボン酸エステル類;セロソルブアセテート、メ
チルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテー
ト、プロピルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブ
アセテート、などのセロソルブエステル類;プロピレン
グリコール、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チルアセテー
ト、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテー
ト、プロピレングリコールモノブチルエーテル、などの
プロピレングリコール類;ジエチレングリコールモノメ
チルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテ
ル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレ
ングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコール
メチルエチルエーテル、などのジエチレングリコール
類;トリクロロエチレンなどのハロゲン化炭化水素類;
トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;ジメチル
アセトアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチルアセ
トアミド、N−メチルピロリドンなどの極性溶媒;など
が挙げられる。これらは、単独でも2種類以上を混合し
て用いてもよい。
本発明のレジスト組成物には、必要に応じて界面活性
剤、保存安定剤、増感剤、ストリエーション防止剤、可
塑剤、ハレーション防止剤などの添加剤を含有させるこ
とができる。
本発明のレジスト組成物の現像液としては、アルカリ
水溶液を用いるが、具体的には、水酸化ナトリウム、水
酸化カリウム、ケイ酸ナトリウム、アンモニアなどの無
機アルカリ類;エチルアミン、プロピルアミンなどの第
一アミン類;ジエチルアミン、ジプロピルアミンなどの
第二アミン類;トリメチルアミン、トリエチルアミンな
どの第三アミン類;ジエチルエタノールアミン、トリエ
タノールアミンなどのアルコールアミン類;テトラメチ
ルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウ
ムヒドロキシド、トリメチルヒドロキシメチルアンモニ
ウムヒドロキシド、トリエチルヒドロキシメチルアンモ
ニウムヒドロキシド、トリメチルヒドロキシエチルアン
モニウムヒドロキシドなどの第四級アンモニウム塩;な
どが挙げられる。
さらに、必要に応じて上記アルカリ水溶液にメタノー
ル、エタノール、プロパノール、エチレングリコールな
どの水溶性有機溶剤、界面活性剤、保存安定剤、樹脂の
溶解抑制剤などを適量添加することができる。
界面活性剤として、各実施例で用いているフッ素系界
面活性剤を適量(各成分の分散性向上量)添加すると、
レジスト組成物の溶液をシリコンウエハー上に塗布した
場合、非常に滑らかな塗膜を形成することができ、しか
もレジスト膜を高温でベーキング処理しても、変質や着
色の問題を引き起こすことがないため、特に好ましい。
本発明のレジスト組成物は、その溶剤溶液を用いて、
シリコンウエーハなどの基板表面に常法により塗布した
後、溶剤を乾燥除去することにより、レジスト膜を形成
することができるが、塗布法としては、特に、スピンコ
ーティングが賞用される。
また、露光は、遠紫外線照射装置やクリプトン/フッ
素ガスを封入したエキシマレーザー装置を用い、短波長
紫外線やKrFエキシマレーザー光を照射することによ
り、微細なパターンを形成することができる。
光照射後、熱処理(露光後ベーク)を行なうことによ
り、酸と酸架橋性化合物との反応(酸触媒反応)が促進
され、さらに高感度化することができる。
〔実施例〕
以下に、参考例、実施例および比較例を挙げて本発明
をさらに具体的に説明する。なお、各例中の部および%
はとくに断りのないかぎり重量基準である。
参考例1 (水素添加フェノール樹脂の合成例) m−クレゾールノボラック(以下、m−NVKと略す)5
0gとエタノール450gをオートクレーブに仕込み、良く混
合しm−NVKを溶解させた。次いで、水素添加触媒とし
てラネーNiを6g添加し、系内を窒素置換した後、20℃に
保ちながら水素圧を50kg/cm2かけ30分間保ち、その後こ
のオートクレーブを50℃の温浴槽につけ3時間水素添加
を反応させた。
反応後の溶液からラネーNiを濾別し、反応溶液を水中
に投入して重合体を析出させた。さらに得られた重合体
をエタノールに溶解させ水中に投入して重合体を析出さ
せた。次いで、この重合体をジオキサンに溶解し、36時
間凍結乾燥を行ない乾燥重合体を得た。収率は90%であ
った。
上記重合体のゲルパーミエイションクロマトグラフィ
ー(GPC)測定の結果、重量平均分子量(Mw)は6,000、
核磁気共鳴スペクトル(NMR)測定の結果、水素添加率
は10%であった。また、紫外線吸収(UV)スペクトル測
定の結果、原料m−NVKに比べて水素添加したm−NVK
は、250nmの透過率が約2倍に向上していることが観測
された。
参考例2 (水素添加フェノール樹脂の合成例) ピロガロールとアセトンの縮合体(以下、PAと略す)
を参考例1と同様の条件で処理して、乾燥重合体を得
た。収率は90%であった。
上記重合体のGPC測定の結果、Mwは4,000、NMR測定の
結果、水素添加率は5%であった。また、UVスペクトル
測定の結果、原料PAに比べて水素添加したPAは、250nm
の透過率が約2倍に向上した。
参考例3 (水素添加フェノール樹脂の合成例) ビニルフェノール重合体(以下、PVPと略す)50gとエ
タノール450gをオートクレーブに仕込み、良く混合して
PVPを溶解させた。次いで、ラネーNiを4g添加し、系内
を窒素置換した後、20℃に保ちながら水素圧を50g/cm2
かけて30分間保ち、その後、このオートクレーブを40℃
の温浴槽につけ5時間水素添加反応を行なった。
反応後の溶液からラネーNiを濾別し、反応溶液を水中
に投入して重合体を析出させた。さらに、得られた重合
体をエタノールに溶解させ水中に投入して重合体を析出
させた。次いで、この重合体をジオキサンに溶解し、40
時間凍結乾燥を行ない乾燥重合体を得た。収率は95%で
あった。
上記重合体のGPC測定の結果、Mwは8,000、NMR測定の
結果、水素添加率は15%であった。また、UVスペクトル
測定の結果、原料PVPに比べて水素添加したPVPは250nm
の透過率が約2倍に向上した。
実施例1 参考例1で得られた水素添加m−NVK100部、光酸発生
剤として2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−フェニ
ル−s−トリアジン2部、酸架橋性化合物としてアルキ
ルエーテル化メラミン樹脂(商品名ニカラックMW−30、
三和ケミカル社製)10部、フッ素系界面活性剤0.01部を
2−メトキシプロピオン酸エチル300部に溶解し、0.1μ
mのポリテトラフルオロエチレン製フィルター(ミリポ
ア社製)で濾過してレジスト溶液を調製した。
上記レジスト溶液をシリコンウエーハ上にスピナーで
塗布した後、90℃で90秒間ベークし、厚さ1.0μmのレ
ジスト膜を形成した。このウエーハを遠紫外線照射装置
PLA−521FA(キャノン社製)とテスト用マスクを用いて
露光を行なった。次に、アルカリ水溶液としてテトラメ
チルアンモニウムヒドロキシド水溶液(濃度2.38%)で
23℃、1分間、浸漬法により現像してネガ型パターンを
得た。
パターンの形成されたウエハーを取り出して電子顕微
鏡で観察したところ、ハイコントラストのパターンが解
像していた。パターンの膜厚を膜厚計アルファステップ
200(テンコー社製)で測定すると0.94μmであった。
実施例2 実施例1で調製したレジスト溶液を実施例1と同様の
方法で露光まで行なった。次に、110℃で60秒間露光後
ベークを行ない、テトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド水溶液で23℃、1分間、浸漬法により現像してネガ型
パターンを得た。
パターンの形成されたウエーハを取り出して電子顕微
鏡で観察したところ、0.50μmのパターンが解像してい
た。パターンの膜厚を膜厚計アルファステップ200で測
定すると0.99μmであった。
さらに、このパターンの形成ウエーハをドライエッチ
ング装置DEM−451T(日電アネルバ社製)を用いてパワ
ー300W、圧力0.03Torr、ガスCF4/H2=30/10、周波数13.
56MHZでエッチングしたところ、パターンのなかったと
ころのみエッチングされており、耐ドライエッチング性
に優れていることが分かった。
実施例3 参考例2で得られた水素添加PA100部、光酸発生剤と
して2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−フェニル−
s−トリアジン3部、酸架橋性化合物としてアルキルエ
ーテル化メラミン樹脂(ニカラックMW−30)12部、フッ
素系界面活性剤0.01部を2−メトキシプロピオン酸エチ
ル330部に溶解し、0.1μmのポリテトラフルオロエチレ
ン製フィルターで濾過してレジスト溶液を調製した。
上記レジスト溶液をシリコンウエーハ上にスピナーで
塗布した後、85℃で90秒間ベークし、厚さ1.0μmのレ
ジスト膜を形成した。このウエーハを遠紫外線照射装置
PLA−521FAとテスト用マスクを用いて露光を行なった。
次に、100℃で60秒間露光後ベークを行ない、テトラメ
チルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃、1分間、
浸漬法により現像してネガ型パターンを得た。
パターンの形成されたウエーハを取り出して電子顕微
鏡で観察したところ、ハイコントラストのパターンが解
像していた。パターンの膜厚を膜厚計アルファステップ
200で測定すると0.98μmであった。
実施例4 参考例3で得られた水素添加PVP100部、光酸発生剤と
して2,4−ビス(トリクロロメチル)−6−メチル−s
−トリアジン3部、酸架橋製化合物としてアルキルエー
テル化メラミン樹脂(ニカラックMW−30)15部、フッ素
系界面活性剤0.01部を2−メトキシプロピオン酸エチル
330部に溶解し、0.1μmのポリテトラフルオロエチレン
製フィルターで濾過しレジスト溶液を調製した。
上記レジスト溶液をシリコンウエーハ上にスピナーで
塗布した後、90℃で90秒間ベークし、厚さ1.0μmのレ
ジスト膜を形成した。このウエーハを遠紫外線照射装置
PLA−521FAとテスト用マスクを用いて露光を行なった。
次に、110℃で60秒間露光後ベークを行ない、テトラメ
チルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃、1分間、
浸漬法により現像してネガ型パターンを得た。
パターンの形成されたウエーハを取り出して電子顕微
鏡で観察したところ、0.50μmのパターンが解像してい
た。パターンの膜厚を膜厚計アルファステップ200で測
定すると0.96μmであった。
実施例5 参考例3で得られた水素添加PVP100部、光酸発生剤と
して4,4′−ジ−t−ブチルジフェニルヨードニウムフ
ロロホスフェイト2部、酸架橋製化合物としてアルキル
エーテル化ベンゾグアナミン樹脂(商品名ニカラックBL
−60、三和ケミカル社製)15部、フッ素系界面活性剤0.
01部をシクロヘキサノン330部に溶解し、0.1μmのポリ
テトラフルオロエチレン製フィルターで濾過しレジスト
溶液を調製した。
上記レジスト溶液をシリコンウエーハ上にスピナーで
塗布した後、90℃で90秒間ベークし、厚さ1.0μmのレ
ジスト膜を形成した。このウエーハをクリプトン/フッ
素のガスを封入したエキシマレーザー装置C2926(浜松
ホトニクス社製)とテスト用マスクを用いて露光を行な
った。次に、100℃で60秒間露光後ベークを行ない、テ
トラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃、1
分間、浸漬法により現像してネガ型パターンを得た。
パターンの形成されたウエーハを取り出して電子顕微
鏡で観察したところ、ハイコントラストのパターンが解
像していた。パターンの膜厚を膜厚計アルファステップ
200で測定すると0.99μmであった。
実施例6 参考例1で得られた水素添加m−NVK100部、光酸発生
剤としてトリブロモメチル−p−クロロフェニールスル
ホン2部、酸架橋性化合物として常法に従って合成した
アルキルエーテル化ユリア樹脂15部、フッ素系界面活性
剤0.01部をシクロヘキサノン330部に溶解し、0.1μmの
ポリテトラフルオロエチレン製フィルターで濾過しレジ
スト溶液を調製した。
上記レジスト溶液をシリコンウエーハ上にスピナーで
塗布した後、90℃で90秒間ベークし、厚さ1.0μmのレ
ジスト膜を形成した。このウエーハを遠紫外線照射装置
PLA−521FAとテスト用マスクを用いて露光を行なった。
次に、110℃で60秒間露光後ベークを行ない、テトラメ
チルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃、1分間、
浸漬法により現像してネガ型パターンを得た。
パターンの形成されたウエーハを取り出して電子顕微
鏡で観察したところ、0.50μmのパターンが解像してい
た。パターンの膜厚を膜厚計アルファステップ200で測
定すると0.96μmであった。
実施例7 参考例1で得られた水素添加m−NVK100部、光酸発生
剤として1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニク
ロライド12部、酸架橋性化合物としてアルキルエーテル
化メラミン樹脂(ニカラックMW−30)15部、フッ素系界
面活性剤0.01部を2−メトキシプロピオン酸エチル330
部に溶解し、0.1μmのポリテトラフルオロエチレン製
フィルターで濾過してレジスト溶液を調製した。
上記レジスト溶液をシリコンウエーハ上にスピナーで
塗布した後、90℃で90秒間ベークし、厚さ1.0μmのレ
ジスト膜を形成した。このウエーハを遠紫外線照射装置
PLA−521FAとテスト用マスクを用いて露光を行なった。
次に、110℃で60秒間露光後ベークを行ない、テトラメ
チルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃、1分間、
浸漬法により現像してネガ型パターンを得た。
パターンの形成されたウエーハを取り出して電子顕微
鏡で観察したところ、ハイコントラストのパターンが解
像していた。パターンの膜厚を膜厚計アルファステップ
200で測定すると0.98μmであった。
実施例8 参考例3で得られた水素添加PVP100部、光酸発生剤と
して1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニルクロ
ライド12部、酸架橋性化合物としてアルキルエーテル基
含有フェノール化合物(商品名Methylon RESIN75108、G
ENERAL ELECTRIC社製)のメチルエーテル化物10部、フ
ッ素系界面活性剤0.01部を2−メトキシプロピオン酸エ
チル330部に溶解し、0.1μmのポリテトラフルオロエチ
レン製フィルターで濾過してレジスト溶液を調製した。
上記レジスト溶液をシリコンウエーハ上にスピナーで
塗布した後、85℃で90秒間ベークし、厚さ1.0μmのレ
ジスト膜を形成した。このウエーハをクリプトン/フッ
素のガスを封入したエキシマレーザー装置C2926(浜松
ホトニクス社製)とテスト用マスクを用いて露光を行な
った。次に、110℃で90秒間露光後ベークを行ない、テ
トラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃、1
分間、浸漬法により現像してネガ型パターンを得た。
パターンの形成されたウエーハを取り出して電子顕微
鏡で観察したところ、ハイコントラストのパターンが解
像していた。パターンの膜厚を膜厚計アルファステップ
200で測定すると0.99μmであった。
実施例9 参考例3で得られた水素添加PVP100部、光酸発生剤と
して4,4′−ジ−t−ブチルジフェニルヨードニウムフ
ロロホスフェイト3部、酸架橋性化合物としてビスフェ
ノールA系エポキシ樹脂10部、フッ素系界面活性剤0.01
部を2−メトキシプロピオン酸エチル330部に溶解し、
0.1μmのポリテトラフルオロエチレン製フィルターで
濾過しレジスト溶液を調製した。
上記レジスト溶液をシリコンウエーハ上にスピナーで
塗布した後、90℃で90秒間ベークし、厚さ1.0μmのレ
ジスト膜を形成した。このウエーハを遠紫外線照射装置
PLA−521FAとテスト用マスクを用いて露光を行なった。
次に、110℃で60秒間露光後ベークを行ない、テトラメ
チルアンモニウムヒドロキシド水溶液で23℃、1分間、
浸漬法により現像してネガ型パターンを得た。パターン
の膜厚を膜厚計アルファステップ200で測定すると0.98
μmであった。
比較例1 水素添加してないm−NVK100部、光酸発生剤として2,
4−ビス(トリクロロメチル)−6−フェニル−s−ト
リアジン2部、酸架橋性化合物としてアルキルエーテル
化メラミン樹脂(ニカラックMW−30)10部、フッ素系界
面活性剤0.01部を2−メトキシプロピオン酸エチル300
部に溶解し、0.1μmのポリテトラフルオロエチレン製
フィルター(ミリポア社製)で濾過してレジスト溶液を
調製した。
このレジストを実施例2と同様の方法で評価したが、
0.50μmのパターンは解像しておらず、実施例2のレジ
ストに比較し、感度の低下が観察された。
〔発明の効果〕
本発明によれば、感度、解像度、耐エッチング性、保
存安定性などのバランスの優れたレジスト組成物が得ら
れる。本発明のレジスト組成物は、短波長光を用いるリ
ソグラフィーに適したパターン形成材料であり、特に、
半導体素子の微細加工用ネガ型レジストとして好適であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 隆正 神奈川県川崎市川崎区夜光1丁目2番1 号 日本ゼオン株式会社研究開発センタ ー内 (56)参考文献 特開 平2−14044(JP,A) 特開 平3−107160(JP,A) 特開 平3−87746(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(A)アルカリ可溶性の水素添加フェノー
    ル樹脂、(B)活性光線の照射により酸開裂可能な化合
    物および(C)酸の存在下で架橋する化合物を含有する
    ことを特徴とするレジスト組成物。
  2. 【請求項2】酸の存在下で架橋する化合物がC−O−R
    基(ただし、Rはアルキル基)を有する化合物である請
    求項1記載のレジスト組成物。
  3. 【請求項3】酸の存在下で架橋する化合物がエポキシ基
    を有する化合物である請求項1記載のレジスト組成物。
  4. 【請求項4】C−O−R基(Rはアルキル基)を有する
    化合物が、アルキルエーテル化メラミン樹脂、アルキル
    エーテル化ベンゾグアナミン樹脂、アルキルエーテル化
    ユリア樹脂、アルキルエーテル基含有フェノール系化合
    物から選ばれる少なくとも1種の化合物である請求項2
    記載のレジスト組成物。
  5. 【請求項5】エポキシ基を有する化合物が、グリシジル
    エーテル系エポキシ樹脂、脂環式脂肪族エポキシ樹脂、
    グリシジルエステル系エポキシ樹脂、グリシジルアミン
    系エポキシ樹脂、複素還式エポキシ樹脂、多官能性エポ
    キシ樹脂から選ばれる少なくとも1種の化合物である請
    求項3記載のレジスト組成物。
  6. 【請求項6】さらに(D)界面活性剤を含有する請求項
    1記載のレジスト組成物。
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