JP3313012B2 - 感光性樹脂組成物のパターン加工方法 - Google Patents

感光性樹脂組成物のパターン加工方法

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は現像残りがなく、高解像
度のパターンを得るための感光性樹脂組成物のパターン
加工方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体工業において、ICやLS
I等の超微細回路の作成、あるいは加工の必要なパッケ
ージ中の絶縁膜や保護膜にフォトレジストや感光性ポリ
イミド等の感光性樹脂が多用されている。感光性樹脂の
特徴は、比較的簡便な装置で高精度の樹脂パターンを得
ることができる点である。特に、ジアゾキノン等を感光
剤に用いたフェノールノボラック樹脂をベースとしたポ
ジ型のフォトレジストは、現像時に膨潤を起こさないた
め解像度に優れたパターンの形成が可能である。また現
像液がアルカリ性水溶液であるため安全面においても優
れるといった数々の特徴を有しているため、上記半導体
の微細回路等の製造に多用されている。一方、半導体の
絶縁膜や保護膜に用いる感光性ポリイミドのような感光
性耐熱性樹脂においても、高解像度や現像液の無公害性
等の特徴を有するポジ型の感光性耐熱性樹脂が、フォト
レジストと同様に開発され(例えば、特開昭64−60
630号公報、特公平1−46862号公報等)、高集
積化された半導体の絶縁膜や保護膜用樹脂として注目さ
れている。
【0003】大部分のポジ型感光性樹脂組成物は、アル
カリ可溶性ポリマーに上述のようなジアゾキノン化合物
を感光剤として組み合わせることよりなる。未露光部に
おいては、これらジアゾキノン化合物はアルカリ性水溶
液に不溶であるが、露光によって化学変化を起こしアル
カリ性水溶液に可溶となる。従って、この露光/未露光
での溶解度差を利用し、露光部をアルカリ性水溶液で除
去することにより、未露光部のみの塗膜パターンの作成
が可能となる。現像液として用いるアリカリ性水溶液と
しては、一般的にはテトラメチルアンモニウムヒドロキ
シド(以下、TMAHという)の水溶液である。通常の
フェノールノボラック樹脂をベースとしたフォトレジス
トを現像する場合、このTMAHの水溶液で良好に現像
できるが、例えば、特公平1−46862号公報に示さ
れているようなポリベンゾオキサゾール前駆体をベース
にした感光性樹脂組成物の場合、本来完全に溶解し除去
されるはずの露光部に現像残り(スカム)が発生し、解
像度が悪くなるという欠点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、パターン加
工工程におけるスカムをなくし、高解像度が得られる感
光性樹脂組成物のパターン加工方法を提供するものであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記式(1)
で示されるポリアミド、
【0006】
【化2】
【0007】ジアゾキノン化合物からなるポジ型感光性
樹脂組成物を基板等に塗布し、プリベークを行い、光照
射を行った後、アルキルベンゼンスルホン酸を含むアル
カリ性水溶液で露光部を溶解除去して、パターンを得る
ことを特徴とする感光性樹脂組成物のパターン加工方法
である。
【0008】
【作用】式(1)のポリアミドは、Xの構造を有するビ
スアミノフェノールとYの構造を有するジカルボン酸か
らなり、このポリアミドを約300〜400℃で加熱す
ると閉環し、ポリベンゾオキサゾールという耐熱性樹脂
へと変化する。一般的にポジ型感光性樹脂組成物は、ア
ルカリ水溶液で現像を行う。例えばフォトレジストは、
そのベースのフェノールノボラック樹脂にフェノール性
の水酸基を有しているため現像が可能となる。同様に式
(1)で表わされるポリアミドをベースとしたポジ型感
光性樹脂もXの構造を有するビスアミノフェノールにお
けるフェノール性の水酸基によって現像が可能となる
が、フェノールノボラック樹脂をベースにしたフォトレ
ジストより、その現像性は劣り露光部にスカムが発生し
解像度が悪くなる。これは、ベンゼン環1個に対し、水
酸基が1個含まれるフェノールノボラック樹脂に対し
て、式(1)に示されるポリアミドにおいて、水酸基が
アミン成分にしかないためと考えられる。Xの構造を有
するビスアミノフェノールの一部を密着性改良のため、
式(1)のZの構造を有するシリコーンジアミンに置き
換えたポリアミド等は樹脂の溶解性が、更に低くなるた
め、より多くのスカムが発生し、解像度が非常に悪くな
る。しかし、本発明のアルキルベンゼンスルホン酸を含
むアルカリ水溶液で加工するとこのスカムは全く発生し
ない。原因については明らかでないが、アルキルベンゼ
ンスルホン酸によって樹脂と現像液との親和性が向上す
るためと考えられる。
【0009】本発明のポリアミド(1)のXは、例え
ば、
【0010】
【化3】
【0011】等であるが、これらに限定されるものでは
ない。また、式(1)のYは、例えば
【0012】
【化4】
【0013】等であるが、これらに限定されるものでは
ない。更に、式(1)のZは、例えば
【0014】
【化5】
【0015】等であるが、これらに限定されるものでは
ない。式(1)のZは、例えばシリコンウェハーのよう
な基板に対して、密着性が必要な時に用いるが、その使
用割合bについては最大40.0モル%まで使用するこ
とができる。40.0モル%を越えると樹脂の溶解性が
極めて低下し、本発明であるパターン加工方法を用いて
もスカムが発生し、パターン加工ができない。なお、こ
れらX、Y、Zの使用にあたっては、それぞれ1種類で
あっても2種類以上の混合物であってもかまわない。本
発明では、アルキルベンゼンスルホン酸を用いる。具体
的な例としては、ドデシルベンゼンスルホン酸、ドデシ
ルベンゼンスルホン酸ナトリウム等が挙げられるが、こ
れらに限定されるものではない。本発明の現像液である
アルカリ性水溶液中のアルキルベンゼンスルホン酸の含
有量は、全アルカリ性水溶液中に0.1〜10重量%で
あることが好ましい。0.1重量%未満だとスカムが発
生し易くなり、逆に10重量%を越えると未露光部の膜
減りが大きくなり、良好なパターンが得られない。
【0016】本発明のアルカリ性水溶液は、アルカリ可
溶性ポリマーを溶解除去するものであり、アルカリ化合
物を溶解した水溶液であることが必須である。アルカリ
化合物としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリ
ウム、炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウム、メタ珪酸ナト
リウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミ
ン、n−プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルア
ミン、ジ−n−プロピルアミン等の第二アミン類、トリ
エチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三アミン
類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン
等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等
の第四級アンモニウム塩等が挙げるられる。
【0017】本発明に用いる感光性樹脂組成物は、ポリ
アミド及びキノンジアジド化合物の他溶剤を主成分とす
るが、必要に応じてポリアミド酸を添加してもよい。ポ
リアミド酸は、カルボキシル基を有しているため、溶解
性が増し現像時間の短縮化が可能となる。
【0018】本発明で用いるジアゾキノンは、1,2−
ベンゾキノンジアジドあるいは1,2−ナフトキノンジ
アジド構造を有する化合物であり、米国特許明細書第
2,772,972号、第2,797,213号、第
3,669,658号により公知の物質である。例え
ば、
【0019】
【化6】
【0020】
【化7】
【0021】等を挙げることができる。パターン作製方
法は、まず該組成物を適当な支持体、例えばシリコンウ
エハーやセラミック、アルミ基板等に塗布する。塗布方
法は、スピンナーを用いた回転塗布、スプレーコーター
を用いた噴霧塗布、浸漬、印刷、ロールコーティング等
で行う。次に60〜180℃程度の温度で塗膜を乾燥す
る。乾燥法としてはオーブン、赤外炉、熱盤等があるが
効率面及び温度制御のし易すさから熱盤が好ましい。こ
の熱盤で乾燥する場合、80〜130℃で乾燥すること
が好ましい。80℃未満では、乾燥が不充分で好ましく
ない。又、130℃を越えると、乾燥が過度になるため
好ましくない。より好ましいのは、100〜120℃で
2〜4分である。次に所望のパターン形状に化学線を用
いて光照射する。化学線としては、X線、電子線、紫外
線、可視光線等を使用できるが、特に200〜500n
mの波長のものが好ましい。より高解像度のパターンを
得るためには、365nmの波長を利用したi線ステッ
パー又は436nmの波長を利用したg線ステッパーを
用いることがより好ましい。
【0022】以下、実施例により本発明を具体的に説明
する。 実施例1 ポリアミドの合成 ヘキサフルオロ−2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒド
ロキシフェニル)プロパン33.6重量部(0.100
モル)をN,N−ジメチルアセトアミド150重量部及
びピリジン33.2(0.420モル)重量部に溶解し
た。次にシクロヘキサノン100重量部に溶解したテレ
フタル酸クロリド21.3重量部(0.105モル)を
−10〜−15℃で30分かけて滴下し、その後室温で
4時間撹拌し反応を終了した。反応混合物を濾過した
後、溶液を水中に投入し目的のポリマー(A)を沈殿さ
せた。沈殿物を濾集し水で充分洗浄した後、真空下80
℃で1昼夜乾燥させた。
【0023】
【化8】
【0024】感光性樹脂組成物の作製 合成したポリアミド(A)100重量部、下記構造を有
するジアゾキノン(D)25重量部をN−メチル−2−
ピロリドン(以下、NMPという)200重量部に溶解
した後、0.2μmのテフロンフィルターで濾過し感光
性樹脂組成物を得た。
【0025】
【化9】
【0026】感光性評価 この感光性樹脂組成物をシリコンウェハー上にスピンコ
ートし、ホットプレート上において、120℃で3分加
熱し溶剤を蒸発させて、膜厚5μmの塗膜を形成した。
この塗膜上に凸版印刷(株)・製マスク(テストチャート
No1;幅50〜0.88μmの残しパターン及び抜き
パターンが描かれている。)を通して高圧水銀灯からの
紫外線を200mJ/cm2照射した。得られた塗膜をテ
トラメチルアンモニウムヒドロキシド1.20重量部、
純水98.30重量部、ドデシルベンゼンスルホン酸、
0.50重量部からなる現像液を用いて30秒間パドル
法により現像し、露光部の塗膜を溶解除去した後に水で
10秒間現像液を洗い流した。その結果、2.5μmま
で解像したスカムのないパターンが得られた。現像時の
膜減り率(現像による厚み減少÷現像前の厚み×100
(%);この値の小さい方が好ましい)は、10%で良
好であった。
【0027】実施例2 ポリアミドの合成 ヘキサフルオロ−2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒド
ロキシフェニル)プロパン33.0重量部(0.090
モル)と1,3−ビス(3−アミノプロピル)−1,
1,3,3−テトラメチルジシロキサン2.5重量部
(0.010モル)とN,N−ジメチルアセトアミド1
50重量部に溶解した。次にシクロヘキサノン100重
量部に溶解したテレフタル酸クロリド21.3重量部
(0.105モル)を−10〜−15℃で30分かけて
滴下し、その後室温で4時間撹拌し反応を終了した。反
応混合物を濾過した後、溶液を水中に投入し目的のポリ
マー(B)を沈殿させた。沈殿物を濾集し水で充分洗浄
した後、真空下80℃で1昼夜乾燥させた。
【0028】
【化10】
【0029】感光性樹脂組成物の作製 合成したポリアミド(B)100重量部、下記構造を有
するジアゾキノン(D)25重量部をNMP200重量
部に溶解した後、0.2μmのテフロンフィルターで濾
過し感光性樹脂組成物を得た。 感光性評価 実施例1と同様の条件で、スピンコート、プリベーク露
光まで行った後、テトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド1.20重量部、純水93.80重量部、ドデシルベ
ンゼンスルホン酸5.00重量部よりなる現像液を用い
て60秒間パドル法により現像し、露光部の塗膜を溶解
除去した後に水によって10秒間現像液を洗い流した。
その結果、5μmまで解像したスカムのないパターンが
得られた。この時の膜減り率は8%で良好であった。 実施例3 ポリアミド酸の合成 1,3−ビス(γ−アミノプロピル)−1,1,3,3
−テトラメチルジシロキサン43.6重量部(0.17
5モル)とベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物5
7.5重量部(0.178モル)をNMP400重量部
に溶解し、室温で7時間撹拌した。反応溶液を水に投入
し沈殿を得、80℃で真空乾燥し下記構造のポリアミド
酸(C)を得た。
【0030】
【化11】
【0031】感光性樹脂組成物の作製 実施例1において得られたポリアミド(A)80重量部
とポリアミド酸(C)20重量部にキノンジアジド
(D)30重量部を加え、溶解した後0.2μmのテフ
ロンフィルターで濾過し、感光性樹脂組成物を得た。 感光性評価 実施例1と同様の条件で、スピンコート、プリベーク、
露光まで行った後、テトラメチルアンモニウムヒドロキ
シド1.20重量部、純水98.50重量部、ドデシル
ベンゼンスルホン酸0.30重量部よりなる現像液を用
いて20秒間パドル法により現像し、露光部の塗膜を溶
解除去した後に水によって10秒間現像液を洗い流し
た。その結果、2μmまで解像したスカムのないパター
ンが得られた。この時の膜減り率は13%で良好であっ
た。 実施例4 実施例1のキノンジアジド(D)の替わりに、下記構造
のキノンジアジド(E)を用いて、実施例1と同様の評
価を行ったところ、3μmまで解像したスカムのないパ
ターンが得られた。この時の膜減り率は9%で良好であ
った。
【0032】
【化12】
【0033】比較例1 実施例1においての現像液をテトラメチルアンモニウム
ヒドロキシド1.20重量部、純水98.80重量部の
みよりなるドデシルベンゼンスルホン酸を含まないもの
に変更して同様の評価を行った。 比較例2 実施例2において現像液をテトラメチルアンモニウムヒ
ドロキシド2.00重量部、98.00重量部のみより
なるドデシルベンゼンスルホン酸を含まないものに変更
して同様の評価を行った。 比較例3 実施例1においての現像液をテトラメチルアンモニウム
ヒドロキシド1.20重量部、純水86.80重量部、
ドデシルベンゼンスルホン酸12.00重量部よりなる
現像液に変更して同様の評価を行った。 比較例4 実施例1において現像液をテトラメチルアンモニウムヒ
ドロキシド1.20重量部、純水98.75重量部、ド
デシルベンゼンスルホン酸0.05重量部よりなる現像
液に変更して同様の評価を行った。実施例、比較例の結
果を表1に示す。
【0034】
【表1】
【0035】
【発明の効果】本発明は、アルキルベンゼンスルホン酸
を含むアルカリ水溶液で現像すると、現像残り(スカ
ム)が発生しない。従って、ポリアミドとキノンジアジ
ド化合物からなる感光性樹脂組成物は、非常に高解像度
のパターン加工が可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03F 7/32 G03F 7/022 G03F 7/037 G03F 7/075 1 H01L 21/027

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記式(1)で示されるポリアミド、 【化1】 ジアゾキノン化合物からなるポジ型感光性樹脂組成物を
    基板等に塗布し、プリベークを行い、光照射を行った
    後、アルキルベンゼンスルホン酸を含むアルカリ性水溶
    液で露光部を溶解除去して、パターンを得ることを特徴
    とする感光性樹脂組成物のパターン加工方法。
  2. 【請求項2】 全アルカリ性水溶液中のアルキルベンゼ
    ンスルホン酸の含有量が、0.1〜10重量%である請
    求項1記載の感光性樹脂組成物のパターン加工方法。
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