JP3290565B2 - ポジ型レジスト組成物 - Google Patents

ポジ型レジスト組成物

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JP3290565B2
JP3290565B2 JP17563895A JP17563895A JP3290565B2 JP 3290565 B2 JP3290565 B2 JP 3290565B2 JP 17563895 A JP17563895 A JP 17563895A JP 17563895 A JP17563895 A JP 17563895A JP 3290565 B2 JP3290565 B2 JP 3290565B2
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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、ポジ型レジスト組成
物、さらに詳しくは、高感度、高解像性で、かつ耐熱性
及び引置き経時安定性に優れるとともに、基板に依存す
ることなくプロファイル形状の優れたレジストパターン
を形成できる紫外線、遠紫外線、KrF、ArFなどの
エキシマレーザー、X線、及び電子線などの放射線に感
応する化学増幅型のポジ型レジスト組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ICやLSIなどの半導体素子
は、ホトレジスト組成物を用いたフォトリソグラフイ
ー、エッチング、不純物拡散及び配線形成などの工程を
数回繰り返し製造されている。フォトリソグラフイーに
おいては、ホトレジスト組成物をシリコンウエーハ上に
回転塗布などの方法により塗布し薄膜を形成し、それを
マスクパターンを介して、紫外線などの放射線を照射
し、現像してレジストパターンを形成し、次いで、前記
レジストパターンを保護膜としてエッチングが行われて
いる。これまで、前記フォトリソグラフイーで使用され
ているホトレジスト組成物は、それに要求される解像性
が、サブミクロン(1μm以下)、ハーフミクロン
(0.5μm以下)程度であり、g線(436nm)、
i線(365nm)などの紫外線を利用したアルカリ可
溶性ノボラック樹脂とキノンジアジド基含有化合物を基
本成分としたポジ型ホトレジストが実用に供されてき
た。
【0003】しかしながら、近年、半導体素子の微細化
が益々高まり、今日ではクオーターミクロン(0.25
μm以下)の超微細パターンを用いた超LSIの量産が
はじまろうとしている。このようなクオーターミクロン
の超微細パターンを得るには、従来のアルカリ可溶性ノ
ボラック樹脂とキノンジアジド基含有化合物を基本成分
としたポジ型ホトレジストでは困難なことから、より短
波長の遠紫外線(200〜300nm)、KrF、Ar
Fなどのエキシマレーザー、電子線及びX線を利用した
レジストの開発が要望されている。かかるレジストとし
て高解像性が達成される上に、放射線の照射により発生
した酸の触媒反応、連鎖反応を利用し量子収率が1以上
であり、かつ高感度が達成できる化学増幅型レジストが
注目され、盛んに開発が行われている。
【0004】上記化学増幅型レジストとしては、例えば
ポリヒドロキシスチレンの水酸基をtert−ブトキシ
カルボニルオキシ基で置換した樹脂成分とオニウム塩な
どの酸発生剤を組み合わせたレジスト組成物が米国特許
4,491,628号明細書に提案されている。しかし
ながら、前記レジスト組成物は、解像度、焦点深度幅特
性において十分なものでない上、化学増幅型レジストに
特有の露光により発生した酸の失活の起因する露光後一
定時間放置した後、現像した場合のパターン形状劣化の
問題(以下引置き経時安定性という)、すなわちレジス
トパターン上部が庇状に連なってしまうブリッジングの
問題がある。このようなブリッジングができると所望の
配線パターンが得られないため、半導体素子製造におい
て致命的なものとなる。このような引置き経時の問題を
解決する方法として、レジスト層上に露光により発生し
た酸の失活を防止するためトップコート層を設ける方法
があるが、このような方法は、製造工程が増えスループ
ットが悪くなるし、コスト高となるため好ましくない。
従って、トップコート層を設ける必要のない引置き安定
性に優れたレジストが強く望まれている。
【0005】また、上記化学増幅型レジストは、シリコ
ン窒化膜(SiN)、ホウ素−リン−シリケートガラス
(BPSG)などの絶縁膜やチタンナイトライド(Ti
N)の膜を設けた基板に対して裾引きのパターン形状と
なる問題(以下基板依存性という)がある。これは前記
膜を形成する際に基板付近にアミンが残存し、これによ
り露光で発生した酸が失活し、裾引きの形状となるもの
と推測されている。さらに、アルミニウム−珪素−銅
(Al−Si−Cu)の合金、タングステン(W)など
の金属膜を設けた基板を使用すると定在波の影響を受け
パターン断面形状が波形となる問題がある。前記問題点
を解決する方法としては、基板とレジスト層との間に反
射防止層を設ける方法があるが、この方法は上述トップ
コート層と同様に製造工程が増えスループットが悪くな
るし、コスト高となるため好ましくない。
【0006】従って、基板依存性がなく反射防止層を設
ける必要のない上に、定在波の影響を受けにくいプロフ
ァイル形状の優れたレジストパターンを形成できるレジ
ストが強く望まれている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】こうした現状に鑑み、
本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、ポジ型レジスト
組成物の酸の作用によりアルカリ水溶液に対する溶解性
が増大する樹脂成分として、異なる2種の置換基で各々
置換されたポリヒドロキシスチレンの混合物を使用し、
さらに有機カルボン酸化合物を添加することで、高感
度、高解像性、耐熱性及び引置き経時安定性が優れると
ともに、種々の基板に依存しない断面形状の優れたレジ
ストパターンが形成できるポジ型レジスト組成物が得ら
れることを見出し、本発明を完成したものである。すな
わち
【0008】本発明は、放射線、特にdeep−UVや
KrF、ArFなどのエキシマレーザー光に対する光透
過性に優れ、高感度、高解像性で、耐熱性及び引置き経
時安定性に優れているポジ型レジスト組成物を提供する
ことを目的とする。
【0009】また、本発明は、基板に依存することなく
プロファイル形状の優れたレジストパターンを形成でき
るポジ型レジスト組成物を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、(A)酸の作用によりアルカリ水溶液に対する溶
解性が増大する樹脂成分、(B)放射線の照射により酸
を発生する化合物、及び(C)有機カルボン酸化合物を
含むポジ型レジスト組成物において、(A)成分が
(イ)水酸基の10〜60モル%をtert−ブチルオ
キシ基としたポリヒドロキシスチレンと、(ロ)水酸基
の10〜60モル%が、一般式化6
【0011】
【化6】 (式中、R1は水素原子又はメチル基であり、R2はメチ
ル基又はエチル基であり、R3は低級アルキル基であ
る。)で表わされる残基で置換されたポリヒドロキシス
チレンとの混合物であることを特徴とするポジ型レジス
ト組成物に係る。
【0012】上記(A)樹脂成分の配合割合は、(イ)
成分が10〜70重量%、(ロ)成分が30〜90重量
%、好ましくは(イ)成分が20〜50重量%、(ロ)
成分が50〜80重量%の範囲がよい。そして、前記
(ロ)成分の一般式化6で表わされる残基の具体例とし
ては、例えば1−メトキシエトキシ基、1−エトキシエ
トキシ基、1−n−プロポキシエトキシ基、1−イソプ
ロポキシエトキシ基、1−n−ブトキシエトキシ基、1
−イソブトキシエトキシ基、1−(1,1−ジメチルエ
トキシ)−1−メチルエトキシ基、1−メトキシ−1−
メチルエトキシ基、1−エトキシ−1−メチルエトキシ
基、1−n−プロポキシ−1−メチルエトキシ基、1−
イソブトキシ−1−メチルエトキシ基、1−メトキシ−
n−プロポキシ基、1−エトキシ−n−プロポキシ基な
どが挙げられる。中でも、特に1−エトキシエトキシ基
及び1−メトキシ−n−プロポキシ基が感度、解像力が
バランス良く向上するので好ましい。
【0013】本発明のポジ型レジスト組成物は、酸発生
剤から生じる酸がtert−ブチルオキシ基や一般式化
6で表わされる残基を分解し、これらが樹脂成分のアル
カリに対する溶解性と溶解阻害能を程よく釣り合わせ、
高感度、高解像性及び高耐熱性を達成することができ
る。
【0014】上記(イ)成分は、ポリtert−ブチル
オキシスチレンのtert−ブチル基を、塩酸、硫酸、
シュウ酸、p−トルエンスルホン酸などの酸により、一
部脱離させることにより、得ることができ、残存するt
ert−ブチルオキシ基をポリヒドロキシスチレンの水
酸基の10〜60モル%、好ましくは20〜50モル%
の範囲とすることが必要である。tert−ブチル基が
10モル%未満ではプロファイル形状に優れたレジスト
パターンが得られず、また60モル%を超えると感度が
低下するため好ましくなく、実用上は20〜50モル%
の範囲が有効である。
【0015】一方、(ロ)成分は、ポリヒドロキシスチ
レンの水酸基を、例えば1−クロロ−1−エトキシエタ
ンや1−クロロ−1−メトキシプロパンなどにより、公
知の置換反応に従い前記一般式化6の基で置換したもの
で、その置換率は10〜60モル%、好ましくは20〜
50モル%とすることが必要である。この置換率が10
モル%未満では形状の優れたパターンが得られず、また
60モル%を超えるとレジストの感度が低下するため好
ましくなく、実用的には20〜50モル%の範囲が有効
である。
【0016】さらに、上記各樹脂成分の重量平均分子量
は、ゲルパーミエーションクロマト法(GPC法)に基
づきポリスチレン基準で3,000〜30,000、好
ましくは8,000〜22,000の範囲がよい。重量
平均分子量が前記範囲未満では被膜性に劣り、また前記
上限範囲を超えるとアルカリ水溶液に対する溶解性が低
下する。さらに、前記各樹脂は重量平均分子量と数平均
分子量の比で表わした分子量分布(MW/Mn)が3〜5
の範囲であるのが好ましい。
【0017】本発明で使用する酸発生剤としては、従来
より酸発生剤として公知のものを使用することができ、
特に制限はないが、具体的には(a)ビス(p−トルエ
ンスルホニル)ジアゾメタン、メチルスルホニル−p−
トルエンスルホニルジアゾメタン、1−シクロヘキシル
スルホニル−1−(1,1−ジメチルエチルスルホニ
ル)ジアゾメタン、ビス(1,1−ジメチルエチルスル
ホニル)ジアゾメタン、ビス(1−メチルエチルスルホ
ニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニ
ル)ジアゾメタン、ビス(2,4−ジメチルフェニルス
ルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−エチルフェニルス
ルホニル)ジアゾメタン、ビス(3−メチルフェニルス
ルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−メトキシフェニル
スルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−フルオロフェニ
ルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−クロロフェニ
ルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(4−tert−ブ
チルフェニルスルホニル)ジアゾメタンなどのビススル
ホニルジアゾメタン類、(b)2−メチル−2−(p−
トルエンスルホニル)プロピオフエノン、2−(シクロ
ヘキシルカルボニル)−2−(p−トルエンスルホニ
ル)プロパン、2−メタンスルホニル−2−メチル−
(4−メチルチオ)プロピオフエノン、2,4−ジメチ
ル−2−(p−トルエンスルホニル)ペンタン−3−オ
ンなどのスルホニルカルボニルアルカン類、(c)1−
p−トルエンスルホニル−1−シクロヘキシルカルボニ
ルジアゾメタン、1−ジアゾ−1−メチルスルホニル−
4−フエニル−2−ブタノン、1−シクロヘキシルスル
ホニル−1−シクロヘキシルカルボニルジアゾメタン、
1−ジアゾ−1−シクロヘキシルスルホニル−3,3−
ジメチル−2−ブタノン、1−ジアゾ−1−(1,1−
ジメチルエチルスルホニル)−3,3−ジメチル−2−
ブタノン、1−アセチル−1−(1−メチルエチルスル
ホニル)ジアゾメタン、1−ジアゾ−1−(p−トルエ
ンスルホニル)−3,3−ジメチル−2−ブタノン、1
−ジアゾ−1−ベンゼンスルホニル−3,3−ジメチル
−2−ブタノン、1−ジアゾ−1−(p−トルエンスル
ホニル)−3−メチル−2−ブタノン、2−ジアゾ−2
−(p−トルエンスルホニル)酢酸シクロヘキシル、2
−ジアゾ−2−ベンゼンスルホニル酢酸tert−ブチ
ル、2−ジアゾ−2−メタンスルホニル酢酸イソプロピ
ル、2−ジアゾ−2−ベンゼンスルホニル酢酸シクロヘ
キシル、2−ジアゾ−2−(p−トルエンスルホニル)
酢酸tert−ブチルなどのスルホニルカルボニルジア
ゾメタン類、(d)p−トルエンスルホン酸2−ニトロ
ベンジル、p−トルエンスルホン酸2,6−ジニトロベ
ンジル、p−トリフルオロメチルベンゼンスルホン酸
2,4−ジニトロベンジルなどのニトロベンジル誘導
体、(e)ピロガロールのメタンスルホン酸エステル、
ピロガロールのベンゼンスルホン酸エステル、ピロガロ
ールのp−トルエンスルホン酸エステル、ピロガロール
のp−メトキシベンゼンスルホン酸エステル、ピロガロ
ールのメシチレンスルホン酸エステル、ピロガロールの
ベンジルスルホン酸エステル、没食子酸アルキルのメタ
ンスルホン酸エステル、没食子酸アルキルのベンゼンス
ルホン酸エステル、没食子酸アルキルのp−トルエンス
ルホン酸エステル、没食子酸アルキルのp−メトキシベ
ンゼンスルホン酸エステル、没食子酸アルキルのメシチ
レンスルホン酸エステル、没食子酸アルキルのベンジル
スルホン酸エステルなどのポリヒドロキシ化合物と脂肪
族または芳香族スルホン酸エステル類などを挙げること
ができる。前記没食子酸アルキルにおけるアルキル基
は、炭素数1〜15のアルキル基、特にオクチル基及び
ラウリル基が好ましい。また、(f)次の一般式化7、
化8で表わされるオニウム塩系酸発生剤、(g)一般式
化9で表わされるベンゾイントレシート系酸発生剤も使
用できる。
【0018】
【化7】 (R4及びR5は、アリール基、置換基を有するアリール
基であり、それぞれ同一であっても異なってもよく、X
-はAsF- 6、PF- 6、BF- 4 SbF- 6、CF3SO- 3
のいずれかである)
【0019】
【化7】 (R6、R7及びR8は、アリール基、置換基を有するア
リール基であり、それぞれ同一であっても異なってもよ
く、X-はAsF- 6、PF- 6、BF- 4 SbF- 6、CF3
SO- 3のいずれかである)
【0020】
【化9】 (R9、R10はアリール基、置換基を有するアルール基
であり同一でも異なっていてもよく、R11、R12は水素
原子、低級アルキル基、水酸基、アリール基であり同一
でも異なってもよい。nは0又は1である)
【0021】上記一般式化7、8で表わされるオニウム
塩の具体的なものとしては、以下の化10〜31の化合
物が挙げられる。
【0022】
【化10】
【0023】
【化11】
【0024】
【化12】
【0025】
【化13】
【0026】
【化14】
【0027】
【化15】
【0028】
【化16】
【0029】
【化17】
【0030】
【化18】
【0031】
【化19】
【0032】
【化20】
【0033】
【化21】
【0034】
【化22】
【0035】
【化23】
【0036】
【化24】
【0037】
【化25】
【0038】
【化26】
【0039】
【化27】
【0040】
【化28】
【0041】
【化29】
【0042】
【化30】
【0043】
【化31】
【0044】上記オニウム塩の中でトリフルオロメタン
スルホネートを陰イオンとするオニウム塩が半導体素子
製造の際に使用されるリン、ホウ素、アンチモンなどの
拡散剤として用いられる原子を含まないため好ましい。
【0045】()ベンゾイントシレート系酸発生剤の
具体的なものとしては以下の化32〜36の化合物が挙
げられる。
【0046】
【化32】
【0047】
【化33】
【0048】
【化34】
【0049】
【化35】
【0050】
【化36】
【0051】上記酸発生剤は1種を用いてもよいし、2
種以上を組み合せて用いてもよい。前記酸発生剤の中
で、エキシマレーザ用のレジストに好適なものとしては
特にビススルホニルジアゾメタンが好ましく、中でも
ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン又はビ
ス(2,4−ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタ
ン、或はそれらの混合物が好適である。特に、前記混合
物がより高感度となるため好ましい。
【0052】また、電子線用レジストの酸発生剤として
は、上記()、()以外の酸発生剤、特には、
)のニトロベンジル誘導体、中でもp−トルエンス
ルホン酸2,6−ジニトロベンジル、()のポリヒド
ロキシ化合物の脂肪族又は芳香族スルホン酸エステル、
中でもピロガロールトリメシレート、()のオニウム
塩、中でもビス(p−tert−ブチルフェニル)ヨー
ドニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニ
ルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、及び
)ベンゾイントシレート系酸発生剤が好ましい。上
記酸発生剤の配合割合は、樹脂成分100重量部に対し
1〜20重量部、好ましくは2〜10重量部の割合であ
る。酸発生剤が1重量部未満の配合では効果が不十分で
あり、20重量部を超えると、溶剤に溶け切れず、また
樹脂成分との混和性が悪くなる。
【0053】本発明においては有機カルボン酸化合物を
添加することにより、感度、解像度に優れ、断面形状の
良好なレジストパターンを形成できるとともに、露光後
の引置き経時安定性にも優れる。さらには種々の基板に
対して断面形状の良好なレジストパターンが得られるよ
うになる。
【0054】本発明で使用する有機カルボン酸化合物と
しては、飽和又は不飽和脂肪族カルボン酸、脂環式カル
ボン酸、オキシカルボン酸、アルコキシカルボン酸、ケ
トカルボン酸、芳香族カルボン酸などいずれも使用で
き、特に限定されるものではなく、例えば、ギ酸、酢
酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、シュウ酸、マロン
酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸などの1価或は
多価脂肪族カルボン酸、1,1−シクロヘキサンジカル
ボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3
−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサ
ンジカルボン酸、1,1−シクロヘキシルジ酢酸などの
脂環式カルボン酸、アクリル酸、クロトン酸、イソクロ
トン酸、3−ブテン酸、メタクリル酸、4−ペンテン
酸、プロピオル酸、2−ブチン酸、マレイン酸、フマル
酸、アセチレンカルボン酸などの不飽和脂肪族カルボン
酸、オキシ酢酸などのオキシカルボン酸、メトキシ酢
酸、エトキシ酢酸などのアルコキシカルボン酸、ピルビ
ン酸などのケトカルボン酸や一般式化37
【0055】
【化37】 [式中、R13 及びR14 はそれぞれ独立して水素原子、水
酸基、ニトロ基、カルボキシル基、ビニル基を表す(た
だし、R13 及びR14 が共に水素原子の場合は除く。)]
及び一般式化38
【0056】
【化38】 [式中、nは0又は1〜10の整数を示す]で表される
芳香族カルボン酸などを挙げることができるが、脂環式
カルボン酸、不飽和脂肪族カルボン酸、及び芳香族カル
ボン酸が好ましく使用される。
【0057】上記一般式化37で表される芳香族カルボ
ン酸としては、例えばp−ヒドロキシ安息香酸、o−ヒ
ドロキシ安息香酸、2−ヒドロキシ−3−ニトロ安息香
酸、3,5−ジニトロ安息香酸、2−ニトロ安息香酸、
2,4−ジヒドロキシ安息香酸、2,5−ジヒドロキシ
安息香酸、2,6−ジヒドロキシ安息香酸、3,4−ジ
ヒドロキシ安息香酸、3,5−ジヒドロキシ安息香酸、
2ービニル安息香酸、4ービニル安息香酸、フタル酸、
テレフタル酸、イソフタル酸などを挙げることができ、
特にo−位に置換基を有する安息香酸、例えばo−ヒド
ロキシ安息香酸、o−ニトロ安息香酸、フタル酸などが
好適である。
【0058】また、一般式化38で表される芳香族カル
ボン酸化合物としては、式中のnが単一のもののみ、ま
たは異種のものを組み合わせても使用することができる
が、実用的にはフェノール化合物として市販されている
SAX(商品名、三井東圧化学社製)が好ましく用いら
れる。
【0059】上記一般式化37及び化38で表される芳
香族カルボン酸化合物は、それぞれ単独でも2種以上を
混合して用いてもよい。これらの芳香族カルボン酸化合
物の配合により断面形状の良好なレジストパターンを形
成することができるとともに、露光後の引置き経時安定
性が優れ、露光後に施される加熱処理までの時間の長さ
に関係なく、良好なプロファイル形状が形成でき、特に
一般式化38で表される芳香族カルボン酸化合物は矩形
の断面形状が形成できるため好適である。
【0060】本発明組成物で使用される上記有機カルボ
ン酸化合物の配合量としては、樹脂成分及び酸発生剤の
合計量に対して0.01〜1重量%、好ましくは0.0
5〜0.5重量%の範囲で用いられる。有機カルボン酸
化合物の配合量が0.01重量%未満では断面形状の良
好なレジストパターンが得られず、また1重量%を超え
ると現像性が低下するため好ましくない。
【0061】本発明のポジ型レジスト組成物は上記樹脂
成分、酸発生剤及び有機カルボン酸化合物に加えて感度
や解像性を向上させるため吸光剤を配合するのが良い。
前記吸光剤としては、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、チオウラシル、メルカプトピリミジ
ン、ベンゾフエノン及びこれらの誘導体を挙げることが
でき、特にベンゾフエノンが感度及び解像性の向上効果
に優れるとともに、定在波の影響を抑制し断面形状が波
状とならず矩形のレジストパターンを形成する作用をも
有するため好ましく使用できる。この吸光剤の配合量と
しては上記した(A)樹脂成分と(B)酸発生剤との合
計量に対して30重量%を超えない範囲で配合され、好
ましくは0.5〜15重量%の範囲で配合される。この
配合量が30重量%を超えるとプロファイル形状が悪く
なるため好ましくない。
【0062】本発明のポジ型レジスト組成物は、その使
用に当たっては上記成分を溶剤に溶解した溶液の形で用
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
はモノフエ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、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、メトキ
シプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチルな
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。
【0063】本発明のポジ型レジスト組成物には、さら
に所望により混和性のある添加物、例えばレジスト膜の
性能を改良するための付加的樹脂、可塑剤、安定剤、着
色剤、界面活性剤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。
【0064】上記本発明のポジ型レジスト組成物を溶剤
に溶解しそれをスピンナー等を用いて、例えばシリコン
窒化膜(SiN)、BPSG等の絶縁膜を設けた基板、
チタンナイトライド(TiN)、Al−Si−Cu、タ
ングステン等の金属膜を設けた基板等に塗布し、乾燥
し、感光層を形成させたのち、縮小投影露光装置等によ
り、deepーUV光、KrF、ArFなどのエキシマ
レーザー光を所望のマスクパターンを介して照射する
か、電子線により描画し、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と、マ
スクパターンに忠実で良好なレジストパターンが各種基
板に依存することなく形成される。
【0065】
【実施例】次に製造例及び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。
【0066】製造例1 (水酸基35モル%をtert−ブチルオキシ基とした
ポリヒドロキシスチレンの合成) 重量平均分子量10,000、分子量分布(Mw/Mn
4のポリtert−ブチルオキシスチレン120gをジ
オキサン480gに溶解し、この溶液に21.6gの塩
酸水溶液を加え、80℃で2時間かき混ぜた。次いで、
得られた溶液に対して20倍量の純水を加え、かき混ぜ
てtert−ブチルオキシ基が65モル%離脱したポリ
ヒドロキシスチレンを析出させた。該析出物を純水で洗
浄、脱水、乾燥して、水酸基の35モル%をtert−
ブチルオキシ基としたポリヒドロキシスチレン125g
を得た。
【0067】製造例2 (水酸基の35モル%をエトキシエトキシ基で置換した
ポリヒドロキシスチレンの合成) 重量平均分子量10,000、分子量分布(Mw/Mn
4のポリヒドロキシスチレン120gをN,N−ジメチ
ルアセトアミド680gに溶解し、この溶液の中に1−
クロロ−1−エトキシエタン37.2gを加え、かき混
ぜて完全に溶解したのち、かき混ぜながらトリエチルア
ミン78.8gを約30分間かけて滴下した。滴下終了
後、そのまま約3時間かき混ぜた。次いで、得られた溶
液に対して20倍量の純水を加え、かき混ぜて水酸基が
1−エトキシエトキシ基で置換されたポリヒドロキシス
チレン130gを得た。
【0068】実施例1 製造例1で得られた水酸基の35モル%をtert−ブ
チルオキシ基としたポリヒドロキシスチレン{重量平均
分子量10,000、分子量分布(Mw/Mn)4}1.
48gと製造例2で得られた水酸基の35モル%をエト
キシエトキシ基で置換したポリヒドロキシスチレン{重
量平均分子量10,000、分子量分布(Mw/Mn
4}1.48gをプロピレングリコールモノメチルエー
テルアセテート16.8gに溶解したのち、ビス(シク
ロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン0.148gとベ
ンゾフエノン0.093gとo−ヒドロキシ安息香酸
0.0032gを更に加えて溶解して得られた溶液を孔
径0.2μmのメンブレンフイルターでろ過したものを
ポジ型レジストの塗布液として調製した。
【0069】調製された塗布液をスピンナーを使用して
6インチシリコンウエ−ハ上に塗布し、ホットプレート
で90℃、90秒間乾燥して膜厚0.7μmのレジスト
膜を得た。この膜に縮小投影露光装置NSR−2005
EX8A(ニコン社製)を用い、テストチャートマスク
を介してエキシマレーザーを露光したのち、120℃、
90秒間加熱し、次いで2.38重量%テトラメチルア
ンモニウムヒドロキシド水溶液で65秒間パドル現像
し、30秒間水洗・乾燥してレジストパターンを形成し
た。形成されたレジストパターン断面は、若干トップが
丸みを帯びているが、定在波の影響はなく矩形に近い良
好なものであり、0.21μmのラインアンドスペース
パターンが形成された。また、目視で確認できる大面積
のレジストパターンがパターニングされ基板表面が現れ
る最小露光量(以下最小露光量という)を測定した結
果、7mJ/cm2であった。さらに、形成された0.
5μmのラインパターンの耐熱性(熱によるフローが生
じる温度)を調べた結果、130℃であった。
【0070】また、露光処理を施したのち、15分間静
置してから120℃、90秒間の加熱処理を施した以外
は、上記と同様にしてレジストパターンを形成したとこ
ろ、側面が垂直で良好なプロファイル形状の0.21μ
mのラインアンドスペースパターンが形成された。
【0071】実施例2 実施例1の塗布液の調製において、ベンゾフェノンを除
いた以外は実施例1と同様の操作によりレジストパター
ンを形成した。形成されたレジストパターン断面は、若
干トップが丸みを帯び、波を打っているが支障のない程
度のものであり、矩形に近い良好なもので、0.23μ
mのラインアンドスペースパターンが形成された。ま
た、最小露光量を測定した結果、8mJ/cm2であっ
た。さらに、形成された0.5μmのラインパターンの
耐熱性を調べた結果、130℃であった。
【0072】また、露光処理を施したのち、15分間静
置してから120℃、90秒間の加熱処理を施した以外
は、実施例1と同様にしてレジストパターンを形成した
ところ、良好なプロファイル形状の0.23μmのライ
ンアンドスペースパターンが形成された。
【0073】実施例3 実施例1の塗布液の調製において、o−ヒドロキシ安息
香酸の代わりに、フエノール化合物として市販されてい
るSAX(商品名、三井東圧化学社製)0.0062g
を加えた以外は実施例1と同様の操作によりレジストパ
ターンを形成した。形成されたレジストパターン断面
は、定在波の影響がなく矩形状の良好なものであり、
0.21μmのラインアンドスペースパターンが形成さ
れた。また、最小露光量を測定した結果、7mJ/cm
2であった。さらに形成された0.5μmのラインパタ
ーンの耐熱性を調べた結果、130℃であった。
【0074】また、露光処理を施したのち、15分間静
置してから120℃、90秒間の加熱処理を施した以外
は、実施例1と同様にしてレジストパターンを形成した
ところ、側面が垂直で、かつ矩形の良好なプロファイル
形状の0.21μmのラインアンドスペースパターンが
形成された。
【0075】実施例4 実施例1の塗布液の調製において、oーヒドロキシ安息
香酸の代わりにアクリル酸0.0062gを加えた以外
は実施例1と同様の操作によりレジストパターンを形成
した。形成されたレジストパターン断面は、定在波の影
響がなく矩形状の良好なものであり、0.21μmのラ
インアンドスペースパターンが形成された。また、最小
露光量を測定した結果、7mJ/cm2であった。さら
に形成された0.5μmのラインパターンの耐熱性を調
べた結果、130℃であった。
【0076】また、露光処理を施したのち、15分間静
置してから120℃、90秒間の加熱処理を施した以外
は、実施例1と同様にしてレジストパターンを形成した
ところ、側面が垂直で良好なプロファイル形状の0.2
1μmのラインアンドスペースパターンが形成された。
【0077】実施例5 製造例1で得られた水酸基の35モル%をtert−ブ
チルオキシ基としたポリヒドロキシスチレン1.05g
と製造例2で得られた水酸基の35モル%を1−エトキ
シエトキシ基で置換したポリヒドロキシスチレン1.9
5gをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテ
ート16.8gに溶解したのち、ビス(シクロヘキシル
スルホニル)ジアゾメタン0.21gとo−ニトロ安息
香酸0.009gを更に加えて、溶解して得られた溶液
を孔径0.2μmのメンブレンフイルターでろ過し、ポ
ジ型レジストの塗布液として調製した。
【0078】調製された塗布液をスピンナーを使用して
6インチシリコンウエ−ハ上に塗布し、ホットプレート
で90℃、90秒間乾燥して膜厚0.7μmのレジスト
膜を得た。この膜に縮小投影露光装置NSR−2005
EX8A(ニコン社製)を用い、テストチャートマスク
を介して露光したのち、110℃、90秒間加熱し、次
いで2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキ
シド水溶液で65秒間パドル現像し、30秒間水洗し、
次いで乾燥させレジストパターンを形成したところ、
0.22μmのラインアンドスペースパターンが形成さ
れた。そのレジストパターン断面は、若干波を打ってい
るものの支障のない程度のものであり、矩形で良好なも
のであった。また、最小露光量を測定した結果、15m
J/cm2であった。さらに、形成された0.5μmの
ラインパターンの耐熱性を調べた結果、130℃であっ
た。
【0079】実施例6 実施例5の塗布液の調製において、o−ニトロ安息香酸
をSAX(商品名、三井東圧化学社製)に代え、さらに
ベンゾフェノン0.128gを加えた以外は、実施例5
と同様の操作によりレジスト特性の評価を行ったとこ
ろ、0.22μmのラインアンドスペースパターンが形
成され、そのレジストパターン断面は、定在波の影響が
なく矩形で良好なものであった。また、最小露光量を測
定した結果、13mJ/cm2であった。さらに形成さ
れた0.5μmのラインパターンの耐熱性を調べた結
果、130℃であった。
【0080】実施例7 実施例5の塗布液の調製において、oーニトロ安息香酸
をサリチル酸に代え、かつその添加量を0.003gに
代え、さらにベンゾフェノン0.128gを加えた以外
は、実施例5と同様にして塗布液を調製した。
【0081】次いで、実施例5と同様なレジスト特性の
評価を行ったところ、0.22μmのラインアンドスペ
ースパターンが形成され、そのレジストパターン断面
は、トップがやや丸みを帯びているが、定在波の影響が
なく矩形に近い良好なものであった。また、最小露光量
は7mJ/cm2であった。さらに形成された0.5μ
mのラインパターンの耐熱性を調べた結果、130℃で
あった。
【0082】実施例8 実施例5の塗布液の調製において、oーニトロ安息香酸
を、1,1−シクロヘキサンジカルボン酸0.009g
代えた以外は、実施例5と同様にして塗布液を調製し
た。
【0083】次いで、実施例5と同様なレジスト特性の
評価を行ったところ、0.21μmのラインアンドスペ
ースパターンが形成され、そのレジストパターン断面
は、若干波を打っているが支障のない程度のものであ
り、矩形で良好なものであった。また、最小露光量を測
定した結果、13mJ/cm2であった。形成された
0.5μmのラインパターンの耐熱性を調べた結果、1
30℃であった。
【0084】さらに、露光処理を施したのち、30分間
静置してから110℃、90秒間の加熱処理を施した以
外は、上記と同様にしてレジストパターンを形成したと
ころ、側面が垂直で良好なプロファイル形状の0.21
μmのラインアンドスペースパターンが形成された。
【0085】実施例9 実施例8の塗布液の調製において、さらにベンゾフェノ
ン0.12gを加えた以外は実施例8と同様にしてポジ
型レジストの塗布液として調製した。
【0086】次いで、実施例8と同様なレジスト特性の
評価を行ったところ、0.21μmのラインアンドスペ
ースパターンが形成され、そのレジストパターン断面
は、定在波の影響はなく矩形で良好なものであった。ま
た、最小露光量は、13mJ/cm2であった。さら
に、形成された0.5μmのラインパターンの耐熱性を
調べた結果、130℃であった。
【0087】また、露光処理を施したのち、30分間静
置してから110℃、90秒間の加熱処理を施したもの
は、側面が垂直で良好なプロファイル形状の0.21μ
mのラインアンドスペースパターンが形成された。
【0088】比較例1 水酸基の8%をtert−ブチルオキシ基としたポリヒ
ドロキシスチレン1.05gと水酸基の8%がメトキシ
−n−プロピルオキシ基で置換されたポリヒドロキシス
チレン1.95gをプロピレングリコールモノメチルエ
ーテルアセテート16.8gに溶解したのち、ビス(シ
クロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン0.21g、o
−ニトロ安息香酸0.009g、ベンゾフェノン0.1
28gを更に加えて、溶解して得られた溶液を0.2μ
mメンブレンフイルターでろ過し、ポジ型レジストの塗
布液を調製した。
【0089】上記塗布液について実施例5と同様のレジ
スト特性の評価を行ったところ、レジストパターンが得
られず、評価が不能であった。
【0090】比較例2 水酸基の70%をtert−ブチルオキシ基としたポリ
ヒドロキシスチレン1.05gと水酸基の70%が1−
メトキシ−n−プロピルオキシ基で置換されたポリヒド
ロキシスチレン1.95gをプロピレングリコールモノ
メチルエーテルアセテート16.8gに溶解したのち、
ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン0.2
1g、SAX(商品名、三井東圧化学社製)0.009
g、ベンゾフェノン0.128gを更に加えて、溶解し
て得られた溶液を0.2μmメンブレンフイルターでろ
過し、ポジ型レジストの塗布液を調製した。
【0091】上記塗布液について実施例5と同様のレジ
スト特性の評価を行ったところ、0.3μmのラインア
ンドスペースパターンが限界であり、そのレジストパタ
ーン断面は、T字形を呈し不良なものであった。また、
最小露光量は20mJ/cm2であった。さらに形成さ
れた0.5μmのラインパターンの耐熱性を調べた結
果、130℃であった。
【0092】比較例3 水酸基の8%をtert−ブチルオキシ基としたポリヒ
ドロキシスチレン1.05gと水酸基の70%が1−メ
トキシ−n−プロピルオキシ基で置換されたポリヒドロ
キシスチレン1.95gをプロピレングリコールモノメ
チルエーテルアセテート16.8gに溶解したのち、ビ
ス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン0.21
g、フタル酸0.009g、ベンゾフェノン0.128
gを更に加えて、溶解して得られた溶液を0.2μmメ
ンブレンフイルターでろ過し、ポジ型レジストの塗布液
を調製した。
【0093】上記塗布液について実施例5と同様のレジ
スト特性の評価を行ったところ、0.3μmのラインア
ンドスペースパターンが限界であり、そのレジストパタ
ーン断面は、逆三角形に近い形を呈し不良なものであっ
た。また、最小露光量は10mJ/cm2であった。さ
らに形成された0.5μmのラインパターンの耐熱性を
調べた結果、130℃であった。
【0094】実施例10 実施例1において、基板をシリコン窒化絶縁膜(Si
N)が形成されたシリコンウェーハとした以外は、実施
例1と同様にしてレジストパターンを形成した。形成さ
れたレジストパターン断面は、定在波の影響がなく矩形
に近い良好なものであり、0.23μmのラインアンド
スペースパターンが形成された。
【0095】実施例11 実施例1において、基板をTiNの金属膜が形成された
シリコンウェーハとした以外は、実施例1と同様にして
レジストパターンを形成した。形成されたレジストパタ
ーン断面は、定在波の影響がなく矩形に近い良好なもの
であり、0.23μmのラインアンドスペースパターン
が形成された。
【0096】実施例12 実施例3において、基板をBPSG絶縁膜が形成された
シリコンウェーハとした以外は、実施例3と同様にして
レジストパターンを形成した。形成されたレジストパタ
ーン断面は、定在波の影響がなく矩形に近い良好なもの
であり、0.23μmのラインアンドスペースパターン
が形成された。
【0097】
【0098】調製した塗布液を使用して実施例1と同様
の操作によりレジストパターンを形成したところ、0.
21μmのラインアンドスペースパターンが形成された
が、露光処理を施したのち、15分間静置してから12
0℃、90秒間の加熱処理を施したものはTシェープ形
状となり0.30μmのラインアンドスペースパターン
が最小解像度であった。
【0099】
【発明の効果】本発明のポジ型レジスト組成物は、化学
増幅型であって、高感度、高解像性及び高耐熱性で、し
かも引置き経時安定性に優れ、かつ基板に依存すること
なくプロファイル形状の優れたレジストパターンを形成
でき、しかも放射線、特に紫外線、遠紫外線、KrF、
ArFなどのエキシマレーザー、X線、及び電子線に良
好に感応し、超LSIの製造工程の微細加工に特に有効
である。
フロントページの続き (72)発明者 坂井 与日 神奈川県川崎市中原区中丸子150番地 東京応化工業株式会社内 (72)発明者 中山 寿昌 神奈川県川崎市中原区中丸子150番地 東京応化工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−36190(JP,A) 特開 平7−84361(JP,A) 特開 平6−266106(JP,A) 特開 平5−181279(JP,A) 特開 平7−92679(JP,A) 特開 平6−317907(JP,A) 特開 平6−273934(JP,A) 特開 平6−236037(JP,A) 特開 平8−15864(JP,A) 特開 平8−262721(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 7/00 - 7/42

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(A)酸の作用によりアルカリ水溶液に対
    する溶解性が増大する樹脂成分、(B)放射線の照射に
    より酸を発生する化合物、及び(C)有機カルボン酸化
    合物を含むポジ型レジスト組成物において、前記(A)
    成分が(イ)水酸基の10〜60モル%をtert−ブ
    チルオキシ基としたポリヒドロキシスチレンと、(ロ)
    水酸基の10〜60モル%が一般式化1 【化1】 (式中、R1は水素原子又はメチル基であり、R2はメチ
    ル基又はエチル基であり、R3は低級アルキル基であ
    る。)で表わされる残基で置換されたポリヒドロキシス
    チレンとの混合物であることを特徴とするポジ型レジス
    ト組成物。
  2. 【請求項2】(A)成分が(イ)水酸基の10〜60モ
    ル%をtert−ブチルオキシ基とした重量平均分子量
    3,000〜30,000のポリヒドロキシスチレン
    と、(ロ)水酸基の10〜60重量%が一般式化2 【化2】 (式中、R1は水素原子又はメチル基であり、R2はメチ
    ル基又はエチル基であり、R3は低級アルキル基であ
    る) で表わされる残基で置換された重量平均分子量3,00
    0〜30,000のポリヒドロキシスチレンとの混合物
    であることを特徴とする請求項1記載のポジ型レジスト
    組成物。
  3. 【請求項3】(A)成分が(イ)水酸基の10〜60モ
    ル%をtert−ブチルオキシ基とした重量平均分子量
    8,000〜22,000、分子量分布(Mw/Mn)3
    〜5のポリヒドロキシスチレンと、(ロ)水酸基の10
    〜60重量%が一般式化3 【化3】(式中、R1は水素原子又はメチル基であり、
    2はメチル基又はエチル基であり、R3は低級アルキル
    基である) で表わされる残基で置換された重量平均分子量8,00
    0〜22,000、分子量分布(Mw/Mn)3〜5のポ
    リヒドロキシスチレンとの混合物であることを特徴とす
    る請求項1記載のポジ型レジスト組成物。
  4. 【請求項4】(A)成分が(イ)成分10〜70重量%
    と(ロ)成分30〜90重量%との混合物であることを
    特徴とする請求項1記載のポジ型レジスト組成物。
  5. 【請求項5】(A)成分が(イ)成分20〜50重量%
    と(ロ)成分50〜80重量%の混合物であることを特
    徴とする請求項1記載のポジ型レジスト組成物。
  6. 【請求項6】(B)成分がビススルホニルジアゾメタン
    であることを特徴とする請求項1記載のポジ型レジス
    ト組成物。
  7. 【請求項7】(B)成分の配合量が(A)成分100重
    量部に対し1〜20重量部である請求項1記載のポジ型
    レジスト組成物。
  8. 【請求項8】(C)成分が、芳香族カルボン酸、脂環式
    カルボン酸、及び不飽和脂肪族カルボン酸からなる群か
    ら選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求
    項1記載のポジ型レジスト組成物。
  9. 【請求項9】芳香族カルボン酸化合物が、一般式化4 【化4】 [式中、R13 及びR14 はそれぞれ独立して水素原子、水
    酸基、ニトロ基、カルボキシル基、ビニル基を表す(た
    だし,R13 及びR14 が共に水素原子の場合は除く。)]
    で表される化合物であることを特徴とする請求項記載
    のポジ型レジスト組成物。
  10. 【請求項10】芳香族カルボン酸化合物が、一般式化5 【化5】 (式中、nは0又は1〜10の整数を示す)で表される
    化合物であることを特徴とする請求項記載のポジ型レ
    ジスト組成物。
  11. 【請求項11】脂環式カルボン酸が1,1−シクロヘキ
    サンジカルボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン
    酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シ
    クロヘキサンジカルボン酸、及び1,1−シクロヘキシ
    ルジ酢酸からなる群から選ばれる少なくとも1種である
    ことを特徴とする請求項記載のポジ型レジスト組成
    物。
  12. 【請求項12】不飽和脂肪族カルボン酸化合物がアクリ
    ル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、3−ブテン酸、メ
    タクリル酸、4−ペンテン酸、プロピオル酸、2−ブチ
    ン酸、マレイン酸、フマル酸、及びアセチレンカルボン
    酸からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを
    特徴とする請求項8記載のポジ型レジスト組成物。
  13. 【請求項13】吸光剤を含有することを特徴とする請求
    項1記載のポジ型レジスト組成物。
  14. 【請求項14】 吸光剤がベンゾフェノンであることを
    特徴とする請求項13記載のポジ型レジスト組成物。
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