JP3188577B2 - レジスト材料、レジスト材料の製造方法及びレジスト画像形成方法 - Google Patents

レジスト材料、レジスト材料の製造方法及びレジスト画像形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微細加工用のレジスト
材料、レジスト材料の製造方法及びレジスト画像形成方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】レジスト材料は、半導体製造やマイクロ
マシンなどのマイクロリソグラフィー(微細加工技術)
に利用されている。例えば、シリコンウエハー基板表面
の上にこのレジスト材料を用いて画像形成を行えば、そ
の後に行われるエッチング工程において、エッチングを
望まない部分の基板表面を保護することができる。この
レジスト材料による画像形成方法にはポジ型画像形成方
法とネガ型画像形成方法の二つの方法が知られている。
【0003】ポジ型画像形成方法は、シリコンウエハー
等の基板の表面をポジ型レジスト材料の膜で覆って被覆
基板を製造し、その上をフォトマスクで覆って紫外線等
の光を照射した後、現像液によって光の当たった部分を
溶解除去する方法である。この場合、光の当たらなかっ
た部分は溶解せずに残存して所望のレジスト画像が基板
上に形成される。
【0004】一方ネガ型画像形成方法は、ネガ型レジス
ト材料を用いる方法であり、紫外線等の未照射部分のネ
ガ型レジスト材料が溶解して、照射された部分の樹脂が
残存する方法である。
【0005】半導体の製造工程においては、ポジ型レジ
スト材料を必要とする工程と、ネガ型レジスト材料を必
要とする工程とがあり、両工程を必ず必要としている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ネガ型レジス
ト材料とポジ型レジスト材料の両方の性質を兼ね備えた
レジスト材料は市販されておらず、必要に応じて別々の
レジスト材料を使用しているのが現状である。このた
め、レジスト材料の系が複雑となり、工程上の自由度が
低くなるという欠点を有していた。
【0007】また、従来のレジスト材料では耐膨潤性及
び耐ドライエッチング性が不十分であるため、微細加工
の精度を高めることが困難であった。
【0008】さらに、最近ではレジスト材料に対して要
求される画像の線幅がサブミクロンの領域になっている
ため、照射に用いる光は、波長が360nmの紫外線か
ら、より短い波長である300nm以下の紫外線(以下
ープUVという)へ変わってきている。これに対
し、従来のレジスト材料ではディープUVに対する感度
が不十分であった。
【0009】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みな
されたものであり、一種類のレジスト材料でネガ型画像
及びポジ型画像のどちらの画像も得ることができ、ディ
ープUVによってサブミクロンオーダーの画像線幅が形
成可能であり、耐膨潤性及び耐ドライエッチング性に優
れたレジスト材料及びレジスト画像形成方法を提供する
ことを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】発明者らは、ホルミル化
パラヒドロキシポリスチレンがディープUVの照射によ
って光分解をおこし、現像液の極性によってネガ型レジ
スト材料及びポジ型レジスト材料のどちらにもなること
が報告されていること及びフェノールノボラック樹脂が
耐膨潤性及び耐ドライエッチング性に優れていることに
鑑み、フェノール系ノボラック樹脂をホルミル化し、こ
れをレジスト材料として用いることについて鋭意研究を
行った。その結果、一連のホルミル化ノボラック樹脂
が、本目的を達成できるものであることがわかった。
【0011】本発明のレジスト材料は、
【化3】 (式中のRは水素又はメチル基のいずれかであり、Rが
メチル基の場合の置換位置はオルト位、メタ位、パラ位
のいずれかであり、nは2以上の整数である)で表され
るホルミル化ノボラック樹脂であって、ポジ型及びネガ
型のどちらも実施可能であることを特徴とする
【0012】本発明のレジスト材料では、ディープUV
に対する感度が優れている。また、ポジ型レジスト材料
としても、ネガ型レジスト材料としても、いずれも、サ
ブミクロンオーダーの画像線幅が形成可能であった。さ
らに、本発明のレジスト材料はノボラック樹脂の一般的
な性質と同様、耐膨潤性及び耐ドライエッチング性に優
れていた。
【0013】本発明の発明のレジスト材料の製造方法
は、
【化4】 (式中のRは水素又はメチル基のいずれかであり、Rが
メチル基の場合のメチル基の置換位置はオルト位又はメ
タ位又はパラ位のいずれかであり、nは2以上の自然数
である)で表されるノボラック樹脂を有機溶媒に溶解又
は分散させ、これに3級アミンと、無水酢酸、濃硫酸、
クロロ炭酸エチルの中から選択する少なくとも一種類の
化合物と、ぎ酸と、を添加し、水酸基を完全にエステル
化することを特徴とする。
【0014】本発明のレジスト材料の製造方法では、側
鎖に水酸基を有するノボラック樹脂である、フェノール
ノボラック樹脂、o−クレゾールノボラック樹脂、m−
クレゾールノボラック樹脂,又はp−クレゾールノボラ
ック樹脂を原料として使用することができる。これらの
原料を有機溶媒(特に限定はしないが例えば、テトラヒ
ドロフラン、アセトン、メチルエチルケトン等)に溶解
または分散させる。次ぎに、触媒として3級アミン(特
に限定はしないがピリジン、トリエチルアミン、トリメ
チルアミン等)を添加し、更にぎ酸と脱水剤としての無
水酢酸とを添加する。温度を室温又は氷水下で撹拌しな
がら1日〜数日間反応させることにより、一般式
【化5】 (式中のRは水素原子又はメチル基のいずれかであり、
Rがメチル基の場合の置換位置はオルト位又はメタ位又
はパラ位のいずれかであり、nは2以上の整数である)
で表されるような、側鎖にホルミル基が導入された化合
物が得られる。
【0015】なお、このレジスト材料の合成において、
反応時間が不十分でエステル化率が低く、未反応のフェ
ノール性水酸基が残っている場合は、ホルミル化ノボラ
ック樹脂の現像溶解性に影響を与え、ポジ型画像は得ら
れない。また、ネガ型画像においては感度が数千mJ/
cm以上と著しく低感度であり、実用的に不十分であ
った。以上の結果から、本発明におけるレジスト材料の
合成においては、原料に存在するフェノール性水酸基を
完全にエステル化することが不可欠な条件である。
【0016】本発明のポジ型レジスト画像形成方法は、
基盤上に、請求項1のレジスト材料からなるレジスト膜
を形成し、該レジスト膜に紫外線を照射した後、アルカ
リ性水溶液で現像することを特徴とする
【0017】本発明のポジ型レジスト画像形成方法で
は、シリコン基板上にレジスト膜を形成した後、フォト
マスクを当ててディープUVを照射し、つぎにアルカリ
性の水溶液、例えばテトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイドの水溶液(好ましくは1〜5%の濃度)によ
って現像を行う。この現像により、ディープUVが照射
されてフェノール性水酸基が生成した部分のレジスト膜
は、未照射部分のレジスト膜よりも速く溶解する。現像
時間を1分間に限定すれば結果的に未照射部分のレジス
ト膜が未溶解のまま残ってポジ型の画像が得られる。
【0018】本発明のネガ型レジスト画像形成方法は、
基盤上に、請求項1のレジスト材料からなるレジスト膜
を形成し、該レジスト膜に紫外線を照射した後、有機溶
媒で現像することを特徴とする
【0019】本発明のネガ型レジスト画像形成方法で
は、シリコン基板上にレジスト膜を形成した後、フォト
マスクを当ててディープUVを照射し、つぎにクロロホ
ルムや塩化メチレンのような比較的極性の低い有機溶媒
の単独あるいは混合溶媒によって現像を行う。この現像
により、フォトマスクによりディープUVが遮られエス
テルのまま未反応となった部分は、ディープUVの照射
を受けたフェノール性水酸基が生成した部分よりも極性
が低いため速く溶解し、ネガ型の画像が得られる。
【0020】(実施例) 次に、実施例1から6によってこの発明をさらに具体的
に説明する。
【0021】実施例1 フェノールノボラック樹脂1.0gをテトラヒドロフラ
ン10mlに溶解し、無水酢酸2mlと、ぎ酸2.0g
と、ピリジン0.3mlとを添加し、室温で4日間撹拌
下で反応させた後、反応液を氷水中に注ぎ白色沈殿物を
得る。この白色沈澱物をアセトンに再溶解し、氷水中に
注ぐことによって精製された沈殿物を得る。この精製さ
れた沈澱物を減圧下で乾燥させることにより、フェノー
ルノボラック樹脂がホルミル化(一部はアセチル化)さ
れたポリマーを得た。この場合の収率はアセチル化物も
含めて約90%であった。
【0022】実施例2 p−クレゾールノボラック樹脂1.0gをテトラヒドロ
フラン10mlに溶解し、無水酢酸2mlと、ぎ酸1.
4gと、ピリジン0.3mlとを添加し、氷冷下で4日
間撹拌しながら反応させた後、反応液を氷水中に注ぎ白
色沈澱物を得る。この白色沈澱物をアセトンに再溶解
し、氷水中に注ぐことによって精製された沈澱物を得
る。この精製された沈殿物を、減圧下で乾燥させること
により、p−クレゾールノボラック樹脂がホルミル化
(一部はアセチル化)されたポリマーを得た。この場合
の収率はアセチル化物も含めて約90%であった。
【0023】実施例3 o−クレゾールノボラック樹脂1.0gをテトラヒドロ
フラン10mlに溶解し、無水酢酸2mlと、ぎ酸1.
4gと、ピリジン0.3mlとを添加し、室温で4日間
撹拌下で反応させた後、反応液を氷水中に注ぎ白色沈殿
物を得る。この白色沈澱物をアセトンに再溶解し、氷水
中に注ぐことによって精製された沈澱物を得る。この精
製された沈殿物を、減圧下で乾燥させることにより、m
−クレゾールノボラック樹脂がホルミル化(一部はアセ
チル化)されたポリマーを得た。この場合の収率はアセ
チルか物も含めて約90%であった。
【0024】実施例4 m−クレゾールノボラック樹脂1.0gをテトラヒドロ
フラン10mlに溶解し、無水酢酸2mlと、ぎ酸1.
4gと、ピリジン0.3mlとを添加し、室温で4日間
撹拌下で反応させた後、反応液を氷水中に注ぎ白色沈殿
物を得る。この白色沈澱物をアセトンに再溶解し、氷水
中に注ぐことによって精製された沈澱物を得る。この精
製された沈殿物を、減圧下で乾燥させることにより、o
−クレゾールノボラック樹脂がホルミル化(一部はアセ
チル化)されたポリマーを得た。この場合の収率はアセ
チル化物も含めて約90%であった。
【0025】実施例5 実施例1から4で得られたホルミル化ノボラック樹脂を
エチルセロソルブアセテートに5重量%の濃度となるよ
うに溶解し、レジスト溶液とする。このレジスト溶液を
スピンナーによってシリコンウエハー上へ回転塗布し、
レジスト膜を形成する。100℃でプレベークをおこな
った後、レジスト膜上にマスクを当ててデープUVを
照射した。その後テトラメチルアンモニュームハイドロ
オキサイド3%溶液へ1分間浸漬して現像を行った。こ
の結果、露光部分が溶解し、未露光部分が残留したポジ
型の画像が得られた。
【0026】実施例6 実施例1から4で得られたホルミル化ノボラック樹脂
を、 クロロホルム:トリクロロエチレン混合液(混合
比は種類によって変わる)へ1分間浸漬して現像するこ
と以外は実施例5と同様の操作を行った。この結果、未
露光部分が溶解し、露光部分が残留したネガ型の画像が
得られた。
【0027】(評 価) 実施例1のホルミル化ノボラック樹脂はディープUVを
500mJ/cm照射した場合、図1に示すようにエ
ステル基が水酸基に変化していることがわかる。この結
果は、実施例2〜4についても同様に得られた。
【0028】また、実施例4で得られたホルミル化ノボ
ラック樹脂は、図2に示すように、脱水剤として添加し
た無水酢酸によってアセチル化されたものも含まれてい
ることがわかった。実施例1〜3についても同様の結果
が得られた。
【0029】表1に、実施例1〜4によって得られたホ
ルミル化ノボラック樹脂の、ホルミル基およびアセチル
基が導入された割合を示す。表1中のPNとはフェノー
ルノボラック樹脂(大日本インキ化学工業株式会社製:
TD−2093)を示し、p−CNとはパラクレゾール
ノボラック樹脂を示し、o−CNとはオルトクレゾール
ノボラック樹脂を示し、m−CNはメタクレゾールノボ
ラック樹脂を示す。
【0030】
【表1】
【0031】アセチル化されたノボラック樹脂も含めた
エステル化率は、実施例1〜4いずれについても100
モル%であり、未反応のノボラック樹脂は検出されなか
った。また、NMRによりホルミル基の割合を測定した
ところ、実施例1〜4のいずれについても82モル%以
上であった。
【0032】実施例1〜4により得られたホルミル化ノ
ボラック樹脂の感度を表2に示す。表2中のPN、p−
CN、o−CN、m−CNは表1中で示したものと同じ
である。
【0033】
【表2】
【0034】感度は、単位面積当たりの照射エネルギー
と、レジスト膜の現像液による処理後の残膜率との関係
を求め、残膜率が50%となった場合の、単位面積当た
りの照射エネルギーの値によって評価した。
【0035】この表から、実施例1〜4のいずれのレジ
スト材料についても実用上十分な感度が得られることが
わかる。また、ネガ型レジスト画像の形成方法における
感度は、実施例3〉実施例4〉実施例2〉実施例1の順
であった。ポジ型レジスト画像の形成法についても同様
の順となった。
【発明の効果】本発明のレジスト材料は、芳香族系のポ
リマーであることから、耐ドライエッチング性に優れて
いる。また、ディープUV照射によって画像形成を行う
ことができるため、サブミクロンの細線化に対応可能で
ある。さらに、本発明のレジスト材料は、1種類のレジ
ストでネガ型の画像でもポジ型の画像でも得られる。し
たがって、半導体の製造には本発明のレジスト材料を1
種類のみ用意するだけでよく、ネガ用のレジスト材料及
びポジ用のレジスト材料の両方を用意する必要はない。
現像液の種類を変えるだけでネガ用あるいはポジ用のど
ちらのタイプも自由に選択できることから、省資源・省
力化にの効果を奏することができる。また、レジスト画
像の剥膜は、膜全体を再露光してアルカリ水溶液で処理
すれば、安全且つ容易に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例4に係るホルミル化ノボラック樹脂にデ
ィープUVを500mJ/cm照射した場合の、照射
前(実線)と照射後(破線)の赤外吸収スペクトルを示
す図である。
【図2】実施例4に係るホルミル化ノボラック樹脂のN
MRスペクトルの図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 Mol.Cryst.Liq.Cry st.,183(1990)p.481−489 ACS Symp.Ser.,266 (Mater.Microlithog r.)(1984)p.269−292

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 【化1】 (式中のRは水素原子又はメチル基のいずれかであり、
    Rがメチル基の場合の置換位置はオルト位、メタ位、パ
    ラ位のうちのいずれかであり、nは2以上の自然数であ
    る)で表されるホルミル化ノボラック樹脂であって、該
    ホルミル化ノボラック樹脂中には不純物としてのフェノ
    ール性水酸基を有するノボラック樹脂を有ておらず、ポ
    ジ型及びネガ型のどちらも実施可能であることを特徴と
    するレジスト材料
  2. 【請求項2】 【化2】 (式中のRは水素原子又はメチル基のいずれかであり、
    Rがメチル基の場合のメチル基の置換位置はオルト位又
    はメタ位又はパラ位のいずれかであり、nは2以上の自
    然数である)で表されるノボラック樹脂を有機溶媒に溶
    解又は分散させ、これに3級アミンと、 無水酢酸、濃硫酸、クロロ炭酸エチルの中から選択する
    少なくとも一種類の化合物と、 ぎ酸と、 を添加し、水酸基を完全にエステル化することを特徴と
    する、請求項1のレジスト材料の製造方法
  3. 【請求項3】基盤上に、請求項1のレジスト材料からな
    るレジスト膜を形成させ、該レジスト膜上にマスクを装
    着し、紫外線を照射した後、アルカリ性水溶液で現像す
    ることを特徴とするポジ型レジスト画像の形成方法。
  4. 【請求項4】基盤上に、請求項1のレジスト材料からな
    るレジスト膜を形成させ、該レジスト膜上にマスクを装
    着し、紫外線を照射した後、有機溶媒で現像することを
    特徴とするネガ型レジスト画像形成方法。
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