JP2787943B2 - ポジ型フォトレジスト組成物 - Google Patents

ポジ型フォトレジスト組成物

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JP2787943B2 JP62333022A JP33302287A JP2787943B2 JP 2787943 B2 JP2787943 B2 JP 2787943B2 JP 62333022 A JP62333022 A JP 62333022A JP 33302287 A JP33302287 A JP 33302287A JP 2787943 B2 JP2787943 B2 JP 2787943B2
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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
    • G03F7/022Quinonediazides

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般に幅射線に感応するポジ型フォトレジス
ト組成物に関するものであり、詳しくはアルカリ可溶性
樹脂及び1,2ナフトキノンジアジド基を含む感光剤から
なるポジ型フォトレジスト組成物の改良に関するもので
ある。 〔従来の技術〕 集積回路の高集積度化は、一般に言われるように3年
間に4倍のスピードで進行し、例えばダイナミックラン
ダムアクセスメモリー(DRAM)を例にとれば、現在で
は、1Mビットの記憶容量を持つものの本格生産が開始さ
れている。それに伴い集積回路の生産に不可欠のフォト
リングラフィー技術に対する要求も年々厳しくなって来
ている。例えば、1MビットDRAMの生産には、1μmのレ
ベルのリソグラフィー技術が必要とされ、3年後、6年
後に生産されると予想される4M、16MDRAMに於いては、
それぞれ、0.8μm、0.5μmレベルのリソグラフィー技
術が必要とされると予想されている。このフォトリソグ
ラフィー技術に於て、従来使用されてきたレジストはそ
の大部分が、環化ポリイソプレンゴムに光架橋剤として
ビスアジド化合物を添加して得られるネガ型レジストで
ある。しかし、このタイプのレジストは現像時の膨潤に
より解像力に限度があり、3μm以上の解像力を得るこ
とは難しい。 上記要求に応える事が出来るのはポジ型フォトレジス
トである。ポジ型フォトレジストはアルカリ可溶性樹脂
と感光性物質、一般には置換されたナフトキノンジアジ
ド基を含む化合物とをともに含むものである。ナフトキ
ノンジアジドは照射時に下式のように紫外線を吸収し、
カルベンを経てケテンを生じ、系中に存在する水分と反
応してインデンカルボン酸となり、これが現像液のアル
カリ水に溶解する。 このようにポジ型フォトレジストは、現像液としてア
ルカリ水溶液を用いるのでネガ型の場合と異なりレジス
トが膨潤せず、従って解像力を高めることが可能なので
ある。 このようにポジ型フォトレジストは、ネガ型レジスト
と比較すれば一般に非膨潤、高解像力を特徴とするレジ
ストとして登場し、広く超LSIの製造に使用されてき
た。しかしながら近年にいたりサブミクロンレベル、特
に0.5μmレベルの解像力が要求されてくると、従来の
ポジ型レジストでは対応が不可能なことが明らかとなっ
てきた。即ち従来のポジ型フォトレジストで使用されて
きたナフトキノンジアジド感光剤は、例えば、J.Pacans
ky等著"IBM.J.Res.Dev.,23巻42頁(1979)に開示されて
いるように、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノンの
1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸のエステ
ルが大部分であった。しかしながら、この感光剤を使用
したレジストでは、0.6μm以上のパターンプロフィー
ルの良好なシャープな画像を得ることが不可能であり、
ハーフミクロンリソグラフィに対応出来るものではなか
った。 ハーフミクロンリソグラフィーに対応できるリソグラ
フィーの候補として、X線リソグラフィー、エレクトロ
ンビームリソグラフィーが挙げられるが、前者はハード
ウェア、及びレジスト画面からの立ち遅れが目立ち、後
者はスループットの面での大量生産には対応できない。
従って、従来の露光技術が生かすことができ、可視、近
紫外領域の光を用いて露光でき、しかもハーフミクロン
リソグラフィーに対応できる、即ち解像力が0.6μm以
上でパターンプロフィールの良好なレジスト、特に解像
力が0.5μm以上の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、前記従来技術の問題点を解決した可
視、近紫外領域の光を用いてハーフミクロンリソグラフ
ィーに対応できるレジスト組成物を提供することにあ
る。 〔課題を解決するための手段〕 このような課題を解決するために、我々は種々検討を
重ねた結果、特定の感光剤を用いることにより、0.6μ
m以上の解像力を持ち、パターンプロフィールが良好で
あり、他の性能も従来のものと比較して同等以上の性質
を持っていることを見い出し、本発明を完成した。 すなわち本発明の要旨は、アルカリ可溶性樹脂及び1,
2−ナフトキノンジアジド基を含む感光剤からなるポジ
型フォトレジスト組成物に於いて、アルカリ可溶性樹脂
がm−クレゾール、p−クレゾール、キシレノールの第
1図に示した範囲にある混合物をフェノール成分とする
ノボラック樹脂であり(但し、フェノール成分がm−ク
レゾールとp−クレゾールのみである場合を除く)、該
感光剤が2,3,4,2′,4′−ペンタヒドロキシベンゾフェ
ノンの1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エ
ステルもしくは1,2−ナフトキノジアジド−4−スルホ
ン酸エステルであり、且つ平均エステル化率が60%以上
であることを特徴とするポジ型フォトレジスト組成物に
存する。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明においては、感光剤として2,3,4,2′,4′−ペ
ンタヒドロキシベンゾフェノンの1,2−ナフトキノジア
ジド−5−スルホン酸エステルもしくは1,2−ナフトキ
ノンジアジド−4−スルホン酸エステルを用いる。平均
エステル化率としては、60%以上のもの、好ましくは70
〜95%のものが用いられる。エステル化率がこれより低
いと、パターンプロフィールの劣化を引き起こし、エス
テル化率がこれより高くなると感度低下する傾向を示
す。 また、本発明におけるアルカリ可溶性樹脂は、m−ク
レゾール、p−クレゾール、キシノレールの第1図に斜
線で示した範囲にある混合物をフェノール成分とするノ
ボラック樹脂であり(但し、フェノール成分がm−クレ
ゾールとp−クレゾールのみである場合を除く)、好ま
しくは、m−クレゾール、p−クレゾール、キシレノー
ルの第1図に示した範囲にある混合物(但し、m−クレ
ゾールとp−クレゾールのみである場合を除く)をホル
ムアルデヒドで縮合したノボラック樹脂が用いられる。 ホルムアルデヒドの代わりにパラホルムアルデヒドを
使用してもよい。縮合は通常しゅう酸、クエン酸等のカ
ルボン酸、塩酸、硫酸、燐酸等の鉱酸もしくはルイス酸
を触媒としてキシレノールとしては、2,5−キシレノー
ル、または3,5−キシレノールが好適に用いられる。分
子量はポリスチレン換算値(GPC測定)で3,000〜15,00
0、好ましくは3,500〜10,000のものが用いられる。 樹脂と感光剤の混合割合は、通常固形分中のナフトキ
ノンジアジド基の割合で表わす。その指標として固形分
1g中のナフトキノンジアジド基mg当量数を以て表わしQ
率と称することにする。本発明の場合Q率としては好ま
しくは0.6〜1.0、さらに好ましくは0.7〜0.9のものが用
いられる。 通常はこれらを適当な溶媒に溶解して用いる。溶媒と
しては、該感光剤、該樹脂に対して、十分な溶解度を持
ち、良好な塗膜性を与える溶媒であれば特に制限は無い
が、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、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などの
セロソルブ系溶媒、ブチルアセテート、アミルアセテー
ト等のエステル系の溶媒、ジメチルフォルムアミド、ジ
メチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等の高極性
溶媒、或いはこれらの混合溶媒、或いは更に芳香族炭化
水素を添加したもの等が挙げられる。 本発明のポジ型フォトレジスト組成物の現像液には、
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、
ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニウ
ム水などの無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピ
ルアミン等の第一級アミン類、ジエチルアミン、ジ−n
−プロピルアミン等の第二級アミン類、トリエチルアミ
ン、メチルジメチルアミン等の第三級アミン類、テトラ
メチルアンモニウムハイドロオキシド、トリメチルヒド
ロキシエチルアンモニウムハイドロオキシド等の第四級
アンモニウム塩、若しくはこれにアルコール、界面活性
剤等を添加した物を使用することができる。 本発明のポジ型フォトレジスト組成物は超LSIの製造
のみならず一般のIC製造用、さらにはマスク製作用、あ
るいはオフセット印刷用としても有用である。 〔実施例〕 次に実施例を挙げて本発明を更にくわしく説明する
が、本発明はその要旨を越えないかぎり実施例により何
等制約は受けない。 合成例1(ノボラック樹脂の合成) メタクレゾール142.5g(1.32モル)、p−クレゾール
190.0g(1.76モル)、2,5−キシレノール161.0g(1.29
モル)の混合物を撹拌下91℃に加熱した。これに37重量
%ホルマリン水溶液276.3g(ホルムアルデヒドとして3.
40g)にしゅう酸10.0g(0.079モル)を溶かした溶液を
滴下し、滴下終了後91〜94℃で5時間反応させた。反応
終了後、減圧下、バス温を徐々に上げながら水及び未反
応モノマーを留去した(最終液温176℃,30mmHg)。生成
物を放冷し、414gのノボラック樹脂を得た。 このノボラック樹脂をGPCにより分析したところMw=6
700であった。 合成例2(感光剤Aの合成) 2,3,4,2',4'−ペンタヒドロキシベンゾフェノン18.3g
(70ミリモル)、1,2−ナフトキノンジアジド−5−ス
ルホニルクロライド75.2g(280ミリモル)をジオキサン
190ml、N−メチルピロリドン57mlの混合溶媒に溶解し
た。これにトリエチルアミン28.3g(280ミリモル)を撹
拌しながら0.5時間で滴下しさらに2.5時間撹拌した。反
応液を1.2の水にあけ、生じたエステル化物をろ別
し、水洗後乾燥して、78.5gのエステル化物を得た。得
られたものは平均して4個の水酸基がエステル化されて
いた。 実施例1 合成例1で合成したノボラック樹脂44.0gと、合成例
2で合成した2,3,4,2',4'−ペンタヒドロキシベンゾフ
ェノンの1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸
のエステル化物13.8gを、エチルセロソルブアセテ−ト1
33g及びN−メチルピロリドン8.8gに溶解し、0.2μmの
テフロン製ろ紙を用いて精密ろ過し、フォトレジスト組
成物を調製した。 このフォトレジスト組成物を直径5インチのシリコン
ウエハー上に、スピンコーティング装置(ミカサ(株)
製、H/2型)を用いて1.2μmの厚さに塗布し、クリーン
オーブン中90℃、30分のプリベークの後、縮小投影露光
装置(日本光学(株)製/NSR、NA=0.42)を用いて露光
し、2.38%テトラメチルアンモニウムハイドロオキシド
で25℃、60秒現像した。出来たパターンを電子顕微鏡
(明石製作所(株)製)で観察し、シャープに解像して
いる最小のライン&スペースのパターン寸法をもって解
像力と定義した。結果を第1表に示す。 実施例2 合成例2に準じた方法で合成した感光剤A′(構造、
エステル化率は第1表参照)を用いた以外は、実施例1
と同様にしてフォトレジスト組成物を調製し、評価をお
こなった。結果を第1表に示す。 比較例1〜3 合成例2に準じた方法で合成した感光剤A″、B、C
(構造、エステル化率は第1表参照)を用いた以外は、
実施例1と同様にしてフォトレジスト組成物を調製し、
評価をおこなった。結果を第1表に示す。平均エステル
化率が50%と低いものはパターンプロフィールが悪く、
本発明以外の感光剤を用いたものは解像力が低く、いず
れもハーフミクロングラフィーに対応できるものではな
かった。 〔発明の効果〕 本発明の組成物によれば解像力に優れ、感度、残膜
率、耐熱性等の諸特性に勝れたフォトレジストが得ら
れ、LSI等の開発に大変好適に用い得る。
【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明で使用するノボラック樹脂の成分範囲
を示した三角座標である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀山 泰弘 神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番番 三菱化成工業株式会社総合研究所内 (72)発明者 甲子 千絵 神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番地 三菱化成工業株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−153950(JP,A) 特開 昭62−150245(JP,A) 特開 昭63−186233(JP,A) 特開 昭63−180947(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G03F 7/022 G03F 7/023

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.アルカリ可溶性樹脂及び1,2−ナフトキノンジアジ
    ド基を含む感光剤からなるポジ型フォトレジスト組成物
    に於いて、アルカリ可溶性樹脂がm−クレゾール、p−
    クレゾール、キシレノールの第1図に斜線で示した範囲
    にある混合物をフェノール成分とするノボラック樹脂で
    あり(但し、フェノール成分がm−クレゾールとp−ク
    レゾールのみである場合を除く)、該感光剤が2,3,4,
    2′,4′ペンタヒドロキシベンゾフェノンの1,2−ナフト
    キノンジアジド−5−スルホン酸エステルもしくは1,2
    −ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステルであ
    り、且つ平均エステル化率が60%以上であることを特徴
    とするポジ型フォトレジスト組成物。
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