JP2813034B2 - ポジ型感光性樹脂組成物 - Google Patents

ポジ型感光性樹脂組成物

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JP2813034B2 JP2141648A JP14164890A JP2813034B2 JP 2813034 B2 JP2813034 B2 JP 2813034B2 JP 2141648 A JP2141648 A JP 2141648A JP 14164890 A JP14164890 A JP 14164890A JP 2813034 B2 JP2813034 B2 JP 2813034B2
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浩一 高橋
宏介 土井
秀克 小原
寿昌 中山
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は新規なポジ型感光性樹脂組成物、さらに詳し
くいえば、ICやLSIなどの半導体デバイスの製造におい
て、超微細加工用レジストとして好適に用いられる、高
感度で画像コントラスト、断面形状に優れるとともに、
特に耐熱性の優れたレジストパターンを形成することが
できるポジ型感光性樹脂組成物に関するものである。
従来の技術 従来、ICやLSIなどの半導体デバイスの製造プロセス
においては、ホトエッチング法による微細加工としてシ
リコンウエハー上にホトレジスト組成物の薄膜を形成
し、その上に半導体デバイスのパターンが描かれたマス
クパターンを紫外線照射などにより転写したのち現像
し、このようにして得られたレジストパターンを保護膜
として該シリコンウエハーをエッチングするという方法
がとられている。そして、この方法において用いられる
ホトレジスト組成物としては、被膜形成用のアルカリ可
溶性ノボラック型樹脂に、キノンジアジド基含有化合
物、特に芳香族ポリヒドロキシ化合物のナフトキノン−
1,2−ジアジドスルホン酸エステルを感光性成分として
配合したものが好適であることが知られている。そし
て、該感光性成分のうち、より高感度のホトレジスト組
成物を与える芳香族ポリヒドロキシ化合物としては、特
に単位分子当りの水酸基を多く含有する没食子酸エステ
ル類やポリヒドロキシベンゾフェノン類の中から選ばれ
るのが普通であり、このようなポリヒドロキシベンゾフ
ェノン類のナフトキノン−1,2−ジアジドスルホン酸エ
ステルについては、これまで多くの提案がなされている
(米国特許第3046118号明細書、同第3106465号明細書、
同第3148983号明細書、特公昭37−18015号公報、特公昭
62−28457号公報)。
しかしながら、これらのポリヒドロキシベンゾフェノ
ン類のナフトキノン−1,2−ジアジドスルホン酸エステ
ルは、近年の半導体デバイス製造分野における超微細加
工化に対応できるものではなく、感度、画像コントラス
ト、断面形状及び耐熱性のいずれも十分な特性を有して
おらず、特に耐熱性についてはドライエッチングに十分
に耐えうるレジストパターンを与えるものに対する要望
が高まっている。
他方、ポリヒドロキシベンゾフェノン類のナフトキノ
ン−1,2−ジアジドスルホン酸エステルの代りに、特定
のトリヒドロキシトリフェニルメタン系化合物のナフト
キノン−1,2−ジアジドスルホン酸エステルを感光性成
分として使用することで、超微細加工に適した特性を有
するポジ型ホトレジスト組成物が提案されている(特開
平1−189644号公報)。しかしながら、このポジ型ホト
レジストにおいても十分実用的な耐熱性を有するレジス
トパターンが得られないという欠点がある。
発明が解決しようとする課題 本発明はこのような事情のもとで、半導体デバイスの
製造における超微細加工などに用いられるポジ型感光性
樹脂組成物として、十分に満足しうる程度の高感度を有
し、画像コントラスト、断面形状に優れ、しかも特に耐
熱性が良好であるなど、優れた特徴を有するものを提供
することを目的としてなされたものである。
課題を解決するための手段 本発明者らは、前記の優れた特徴を有するポジ型感光
性樹脂組成物を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、アル
カリ可溶性ノボラック型樹脂に、特殊な化合物から成る
感光性成分及び増感剤を配合することにより、その目的
を達成しうることを見い出し、この知見に基づいて本発
明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、アルカリ可溶性ノボラック型樹
脂に、一般式 (式中のAは、ナフトキノン−1,2−ジアジド−スルホ
ニル基である)で表わされる化合物からなる感光性成分
及びアルカリ可溶性ノボラック型樹脂と感光性成分との
合計量100重量部当り7.4〜25重量部の1−[1−(4−
ヒドロキシフェニル)イソプロピル]−4−[1,1−ビ
ス(4−ヒドロキシフェニル)エチル]ベンゼンを配合
したことを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物を提供す
るものである。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明組成物においては、感光性成分として、前記一
般式(I)で表わされる化合物が用いられる。この一般
式(I)中のナフトキノン−1,2−ジアジド−スルホニ
ル基としては4位又は5位にスルホニル基が結合してい
るものが好ましい。この化合物は、該組成物を溶液とし
て使用する際に通常用いられる溶剤によく溶解し、かつ
被膜形成物質のアルカリ可溶性ノボラック型樹脂との相
容性が良好であり、ポジ型感光性樹脂組成物の感光性成
分として使用すると、高感度で画像コントラスト、断面
形状に優れ、かつ耐熱性にも優れる上、溶液として用い
る場合に異物の発生のない組成物を与える。
この一般式(I)で表わされる化合物は、例えば1−
[1−(4−ヒドロキシフェニル)イソプロピル]−4
−[1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エチル]ベ
ンゼンとナフトキノン−1,2−ジアジド−スルホニルク
ロリドとをジオキサンのような溶媒中において、トリエ
タノールアミン、炭酸アルカリや炭酸水素アルカリのよ
うなアルカリの存在下に縮合させ、完全エステル化又は
部分エステル化することにより製造することができる。
上記のナフトキノン−1,2−ジアジド−スルホニルク
ロリドとしては、ナフトキノン−1,2−ジアジド−4−
スルホニルクロリドやナフトキノン−1,2−ジアジド−
5−スルホニルクロリドが好適である。
本発明組成物においては、該感光性成分として、前記
一般式(I)で表わされる化合物を1種含有していても
よいし、2種以上を含有していてもよい。また、所望に
応じ、本発明の目的をそこなわない範囲で、他のキノン
ジアジド基含有化合物、例えばオルトベンゾキノンジア
ジド、オルトナフトキノンジアジド、オルトアントラキ
ノンジアジド、オルトナフトキノンジアジドなどのスル
ホニルクロリドなどと、水酸基又はアミノ基をもつ化合
物、例えばフェノール、p−メトキシフェノール、ジメ
チルフェノール、ヒドロキノン、ビスフェノールA、ナ
フトール、ピロカテコール、ピロガロール、ポリヒドロ
キシベンゾフェノン、ピロガロールモノメチルエーテ
ル、ピロガロール−1,3−ジメチルエーテル、没食子
酸、水酸基を一部残しエステル化又はエーテル化された
没食子酸、アニリン、p−アミノジフェニルアミンなど
との反応生成物などを併用することができる。
本発明組成物においては、感度をさらに高めるため
に、増感剤として1−[1−(4−ヒドロキシフェニ
ル)イソプロピル]−4−[1,1−ビス(4−ヒドロキ
シフェニル)エチル]ベンゼンを配合することが必要で
ある。このようにして、増感効果に優れ、高感度でかつ
露光量に対する寸法変化量の少ない実用的な感光性樹脂
組成物が得られる。
本発明組成物においては、所望に応じ、本発明の目的
をそこなわない範囲で、慣用の増感剤、例えばメルカプ
トオキサゾール、メルカプトベンゾキサゾール、メルカ
プトオキサゾリン、メルカプトベンゾチアゾール、ベン
ゾキサゾリノン、ベンゾチアゾロン、メルカプトベンゾ
イミダゾール、ウラゾール、チオラウシル、メルカプト
ピリミジン、イミダゾロン及びこれらの誘導体などを併
用することができる。
本発明組成物においては、被膜形成用物質として、ア
ルカリ可溶性ノボラック型樹脂が用いられる。このアル
カリ可溶性ノボラック型樹脂については特に制限はな
く、従来ポジ型感光性樹脂組成物において、被膜形成用
物質として慣用されているアルカリ可溶性ノボラック型
樹脂、例えばフェノール、クレゾールやキシレノールな
どの芳香族ヒドロキシ化合物とホルムアルデヒドなどの
アルデヒド類とを酸性触媒の存在下に縮合させたものを
用いることができる。
本発明組成物においては、このアルカリ可溶性ノボラ
ック型樹脂として、低分子量領域をカットした重量平均
分子量が2000〜20000、好ましくは5000〜15000のものを
用いるのが耐熱性の優れた組成物を得るのに有利であ
り、該ノボラック型樹脂は、前記感光性成分10重量部当
り、通常5〜200重量部、好ましくは10〜60重量部の範
囲で用いられる。この量が200重量部よりも多すぎると
画像の忠実性に劣り、転写性が低下するし、また5重量
部よりも少なすぎるとレジスト膜の均質性が悪くなり、
解像力も低下する傾向がみられるため好ましくない。
また、前記した増感剤は、アルカリ可溶性ノボラック
型樹脂と前記一般式(I)で表わされる化合物との合計
量100重量部当り、7.4〜25重量部の割合で用いられる。
これよりも量が少ないと増感効果が十分に発揮されない
し、これよりも量を多くしても増感効果の向上は認めら
れず、むしろ不経済となり好ましくない。その最適使用
量は前記一般式(I)で表わされる化合物の種類に応じ
て適宜選ばれる。
本発明組成物は、前記のアルカリ可溶性ノボラック型
樹脂と感光性成分と増感剤とを適当な溶剤に溶解して溶
液の形で用いるのが好ましい。
このような溶剤の例としては、アセトン、メチルエチ
ルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソアミルケトン
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
リコール又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又はモノフェニルエー
テルなどの多価アルコール類及びその誘導体;ジオキサ
ンのような環式エーテル類;及び乳酸メチル、乳酸エチ
ル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステ
ル類を挙げることができる。これらは単独で用いてもよ
いし、2種以上混合して用いてもよい。
本発明組成物には、さらに必要に応じて相容性のある
添加物、例えばレジスト膜の性能などを改良するための
付加的樹脂、可塑剤、安定剤あるいは現像した像をより
一層可視的にするための着色料などの慣用されているも
のを添加含有させることができる。
本発明組成物の好適な使用方法について1例を示す
と、まずシリコンウエハーのような支持体上に、アルカ
リ可溶性ノボラック型樹脂と感光性成分と増感剤とを前
記したような適当な溶剤に溶かした溶液をスピンナーな
どで塗布し、乾燥して感光層を形成させ、次いで紫外線
を発光する光源、例えば低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高
圧水銀灯、アーク灯、キセノンランプなどを用い、縮小
投影露光装置などにより、所要のマスクパターンを介し
て露光するか、あるいは電子線を走査しながら照射す
る。次にこれを現像液、例えば1〜10重量%テトラメチ
ルアンモニウムヒドロキシド水溶液のような弱アルカリ
性水溶液などを用いて現像処理することにより、マスク
パターンに忠実な画像を得ることができる。
発明の効果 本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、感光性成分とし
て1−[1−(4−ヒドロキシフェニル)イソプロピ
ル]−4−[1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エ
チル]ベンゼンとナフトキノン−1,2−ジアジドスルホ
ニルクロリドとの完全エステル化物を、増感剤として1
−[1−(4−ヒドロキシフェニル)イソプロピル]−
4−[1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エチル]
ベンゼンを含有させたものであって、高感度で未露光部
の残膜率が高いため、画像コントラストに優れ、かつ断
面形状に優れる上、特に耐熱性の良好なレジストパター
ンを形成することができ、ICやLSIなどの半導体デバイ
スの製造において、超微細加工用レジストとして好適に
用いられる。
実施例 次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する
が、本発明はこれらの例によってなんら限定されるもの
ではない。
なお、各例により得られた組成物の物性は以下の方法
により測定した。
(1)感度; 試料をスピンナーを用いてシリコンウエハーに塗布
し、ホットプレートで110℃、90秒間乾燥して膜厚1.3μ
mのレジスト膜を得た。この膜に縮小投影露光装置NSR
−1505G4D(ニコン社製)を用いて、0.1秒から0.02秒間
隔で露光したのち、2.38重量%のテトラメチルアンモニ
ウムヒドロキシド水溶液で1分間現像し、30秒間水洗
し、乾燥して得られるパターニングのために要する最少
時間を感度として測定した。
(2)未露光部の残膜率; 前記の感度測定における現像前後の未露光部の膜厚を
計測し、その比から残膜率を求めた。
(3)耐熱性; 前記のようにして得られたシリコンウエハーのレジス
トパターンを120℃、130℃、140℃、150℃の各温度で5
分間ホットプレート上でベークして、そのパターンの変
形の有無について以下の基準で評価し、耐熱性を測定し
た。
○……レジストパターンと基板との接触部分に変形が
認められず、実用上有効である。
×……レジストパターンと基板との接触部分がフロー
してしまい実用性に欠ける。
(4)断面形状; 0.5μm幅のレジストパターンの断面形状を顕微鏡で
観察し、矩形状のものを良好、裾広がり形状のものを不
良とした。
製造例1 1−[1−(4−ヒドロキシフェニル)イソプロピ
ル]−4−[1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エ
チル]ベンゼン425gとナフトキノン−1,2−ジアジド−
5−スルホニルクロリド462gをジメチルアセトアミド42
00gに溶解し、これにトリエチルアミン350gとジメチル
アセトアミド1400gとの混合液を十分にかきまぜながら3
0分〜1時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに30分
〜1時間かきまぜたものをろ過し、得られたろ液に35重
量%塩酸25gをイオン交換水1000gで希釈した希塩酸溶液
を加えて反応物を析出させ、得られた析出物をイオン交
換水でよく洗浄し、水分除去後乾燥した。
このようにして得られた乾燥物をGPC分析した結果、
トリエステル100%であった。
製造例2 2,2′,4,4′−テトラヒドロキシベンゾフェノン9.8g
(0.04モル)とナフトキノン−1,2−ジアジド−5−ス
ルホニルクロリド26.8g(0.10モル)をジオキサン340g
に溶解し、これに25重量%炭酸ナトリウム水溶液24gを
十分にかきまぜながら30分〜1時間かけて滴下した。次
いで、35重量%塩酸25gをイオン交換水1000gで希釈した
希塩酸溶液を加えて反応物を析出させ、得られた析出物
をイオン交換水でよく洗浄し、水分除去後乾燥した。
このようにして得られた乾燥物をGPC分析したとこ
ろ、テトラエステル73%、ジエステル23%及び未反応物
4%であった。
実施例 エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート75
gに製造例1で得られた乾燥物5g、1−[1−(4−ヒ
ドロキシフェニル)イソプロピル]−4−[1,1−ビス
(4−ヒドロキシフェニル)エチル]ベンゼン2g、及び
クレゾールノボラック樹脂(重量平均分子量12000)20g
を添加し、溶解したのち、これをろ過してポジ型感光性
樹脂組成物を調整した。
この組成物の感度、残膜率、耐熱性及び断面形状の測
定結果を表に示す。
比較例 実施例において、製造例1で得られた乾燥物に代えて
製造例2で得られた乾燥物を用い、かつ1−[1−(4
−ヒドロキシフェニル)イソプロピル]−4−[1,1−
ビス(4−ヒドロキシフェニル)エチル]ベンゼンを用
いなかったこと以外は、実施例と同様にして感光性樹脂
組成物を調製した。その物性を表に示す。
なお、実施例及び比較例で得られた感光性樹脂組成物
を1週間放置して沈殿物の析出の有無を調べた結果、実
施例では沈殿物の析出はみられなかったが、比較例では
沈殿物の析出がみられた。
このように、本発明のポジ型感光性樹脂組成物は、特
に優れた感度を有し、かつ未露光部の残膜率が高い上
に、耐熱性及び断面形状の良好なレジストパターンを与
える。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−211254(JP,A) 特開 平3−48249(JP,A) 特開 平3−200252(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G03F 7/00 - 7/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルカリ可溶性ノボラック型樹脂に、一般
    (式中のAは、ナフトキノン−1,2−ジアジド−スルホ
    ニル基である)で表わされる化合物からなる感光性成分
    及びアルカリ可溶性ノボラック型樹脂と感光性成分との
    合計量100重量部当り7.4〜25重量部の1−[1−(4−
    ヒドロキシフェニル)イソプロピル]−4−[1,1−ビ
    ス(4−ヒドロキシフェニル)エチル]ベンゼンを配合
    したことを特徴とするポジ型感光性樹脂組成物。
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