JP3631291B2 - ネガ型レジスト組成物及びレジストパターン形成方法 - Google Patents
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【産業上の利用分野】
本発明は、ネガ型レジスト組成物、さらに詳しくは残膜率が高く、透明電導膜基板又は金属膜基板に対する密着性に優れ、かつプロファイル形状に優れるネガ型レジスト組成物及び前記レジスト組成物を使用するレジストパターン形成方法に関する。
【0002】
【従来技術】
近年、半導体素子や液晶表示素子等の電子部品の製造分野では微細加工化が進み、そこで使用されるネガ型レジスト組成物には、高い解像性や感度、良好なプロファイル形状のレジストパターンの形成及びエッチング処理後の残膜率の高さなどが要求されるようになってきている。例えば、液晶表示素子の駆動回路として有望な薄膜トランジスタ(TFT)素子の製造にあっては、その透明電極回路の形成が、インジウム錫酸化膜基板(以下ITO膜基板という)などの透明電導膜基板上にレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして、透明電導膜基板をエッチングして形成されている。また、電子部品の回路形成に使用されるAlやTaなどの金属膜基板の加工に用いるネガ型レジスト組成物の特性に対しても前記同様の要求がなされている。前記透明電極回路の形成や金属膜基板の加工で使用されネガ型レジスト組成物としては、従来、フェノールノボラック樹脂にビスアジド化合物を配合したネガ型レジスト組成物、クロロメチル化ポリスチレンやポリビニルフェノールと芳香族ビスアジド化合物とからなるネガ型レジスト組成物(特公昭62−8777号公報)、熱硬化性樹脂とフォト酸発生剤として210〜299nmの波長範囲の化学線を吸収するハロゲン化有機化合物とからなるネガ型レジスト組成物(特公昭62−164045号公報)などが提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公知のネガ型レジスト組成物では、得られるレジストパターンの断面形状が逆テーパ状のプロファイル形状となり、また残膜率も低いという欠点を有していた。これを解決するネガ型レジスト組成物として、アルカリ可溶性樹脂とアルコキシメチル化アミノ樹脂と特定のトリアジン化合物を含有するネガ型レジスト組成物(特開平5−313370号公報)が提案され、プロファイル形状や残膜率においてある程度の向上がみられたが、透明電導膜基板、特にITO膜基板に対する密着性及び金属膜基板に対する密着性が十分でなく、満足のいくプロファイル形状のパターンを形成できるネガ型レジストではなかった。
【0004】
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、ノボラック樹脂、アルコキシメチル化アミノ樹脂、トリアジン化合物を含有するネガ型レジスト組成物にさらに特定のベンゾトリアゾール化合物を含有させることにより、透明電導膜基板や金属膜基板に対する密着性が改善され、プロファイル形状の優れたパターンを形成できるとともに、残膜率も向上したネガ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。
【0005】
すなわち、本発明は、高感度、高解像性を有し、残膜率が高いとともにプロファイル形状の優れ、基板に対する密着性が良好なレジストパターンを形成できるネガ型レジスト組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記ネガ型レジスト組成物を使用するレジストパターン形成方法を提供することを目的とする。
【0006】
【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)ノボラック樹脂、(B)アルコキシメチル化アミノ樹脂、(C)トリアジン化合物及び(D)一般式化3のベンゾトリアゾール化合物を含有することを特徴とするネガ型レジスト組成物及び前記組成物を使用するレジストパターンの形成方法に係る。
【0007】
【化3】
(式中、Xは−CH(OH)CH2(OH)、又は−OHを示す。)
【0008】
上記(A)成分のノボラック樹脂としては、フェノール類とアルデヒド類との縮合反応生成物、フェノール類とケトン類との縮合反応生成物などが挙げられる。これらの原料であるフェノール類としては、フェノール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,5−キシレノール、2,3−キシレノール、2,6−キシレノール、3,5−キシレノール、2,3,5−トリメチルフェノール、エチルフェノール、プロピルフェノール、ブチルフェノール、フェニルフェノールなどが挙げられる。中でも、m−クレゾール、p−クレゾール、2,5−キシレノール、3,5−キシレノール、2,3,5−トリメチルフェノールの1種又は2種以上の混合物がよく、さらに好ましくはm−クレゾール30重量%以上を含有し、かつ残りの成分としてp−クレゾール、2,5−キシレノール及び3,5−キシレノールからなる群から選ばれた少なくとも1種を含有する混合フェノール類がよい。前記フェノール類とアルデヒド類又はケトン類とを塩酸、硫酸、p−トルエンスルホン酸、ギ酸又はシュウ酸などの酸性触媒の存在下で常法に従って重合してノボラック樹脂が製造される。前記ホルムアルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、ヒドロキシベンズアルデヒド、テレフタルアルデヒドなどが、またケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ジフェニルケトンなどが挙げられる。さらに、フェノール樹脂の水素添加反応生成物は、フェノール樹脂を有機溶剤に溶解し、均一系又は不均一系で水素添加触媒の存在下で水素を導入して製造される。
【0009】
上記ノボラック樹脂の分子量は、ゲルパーミエションクロマトグラフィー法で測定した重量平均分子量が2,000〜20,000、好ましくは3,000〜15,000の範囲が選ばれる。重量平均分子量が2,000未満では現像後の膜減りが大きく、また
20,000を超えると現像速度が小さくなる。
【0011】
本発明の(B)成分であるアルコキシメチル化アミノ樹脂としては、特にアルコキシメチル化メラミン樹脂やアルコキシメチル化尿素樹脂などを挙げることができる。前記アルコキシメチル化アミノ樹脂は、例えば沸騰水溶液中でメラミン又は尿素をホルマリンと反応させて縮合物を生成したのち、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコールなどの低級アルコール類でエーテル化させ、次いで反応液を冷却して析出する樹脂を取り出すことにより製造することができる。このアルコキシメチル化アミノ樹脂には、特に制限がなく、例えばメトキシメチル化メラミン樹脂、エトキシメチル化メラミン樹脂、プロポキシメチル化メラミン樹脂、ブトキシメチル化メラミン樹脂、メトキシメチル化尿素樹脂、エトキシメチル化尿素樹脂、プロポキシメチル化尿素樹脂、ブトキシメチル化尿素樹脂、市販品のニカラックMX−750、ニカラックMX−706、ニカラックMX−101、ニカラックMX−032、ニカラックMX−708、ニカラックMX−40、ニカラックMX−31、ニカラックMS−11、ニカラックMW−22及びニカラックMW−30(以上アルコキシメチル化メラミン樹脂の商品名、三和ケミカル社製)、ニカラックMX−290及びニカラックN−2009(以上アルコキシメチル化尿素樹脂の商品名、三和ケミカル社製)などを挙げることができる。これらは単独でもまた2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0012】
本発明の(C)成分であるトリアジン化合物としては、例えば2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−メトキシナフチル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(2−フリル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(5−メチル−2−フリル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3,5−ジメトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3,4−ジメトキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、2−[2−(3,4−メチレンジオキシフェニル)エテニル]−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジン、トリス(1,3−ジブロモプロピル)−1,3,5−トリアジン、トリス(2,3−ジブロモプロピル)−1,3,5−トリアジンなどを挙げることができる。これらは単独でも、また2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0013】
本発明の(D)成分である一般式化3で表わされるベンゾトリアゾール化合物
【0014】
【化4】
(式中、Xは−CH(OH)CH2(OH)、又は−OHを示す。)
としては、具体的に1−(2,3−ジヒドロキシプロピル)ベンゾトリアゾール、1−ヒドロキシメチルベンゾトリアゾールなどを挙げることができる。これらは単独又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0015】
上記(A)〜(D)成分を含有する本発明のネガ型レジスト組成物は、(B)成分が(A)成分に対して1〜65重量%、好ましくは2〜35重量%、(C)成分が(A)成分に対して0.5〜15重量%、好ましくは1〜10重量%及び(D)成分が(A)成分に対して0.5〜15重量%、好ましくは1〜10重量%の範囲で含有される。前記(B)成分の含有量が前記範囲を逸脱すると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ず、また(C)成分が0.5重量%未満では十分な効果が得られず、25重量%を超えるとレジストのアルカリ水溶液に対する溶解性が悪くなり、現像性が低下する。さらに(D)成分の含有量が0.5重量%未満では残膜性、密着性に優れたレジストパターンが形成できず、10重量%を超えると感度や解像性などのレジスト特性に悪影響を与えるので好ましくない。
【0016】
さらに、本発明のネガ型レジスト組成物には、その目的を損なわない範囲で、必要に応じて相溶性のあるレジスト膜の性能などを改良するための低分子量フェノール化合物、具体的には、トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−6−メチルフェニル)−4−ヒドロキシフェニルメタン、ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−6−メチルフェニル)−3,4−ジヒドロキシフェニルメタン、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、2−(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)−2−(2’,3’,4’−トリヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)メタンなどに加えて2,6−ビス[1−(2,4−ジヒドロキシフェニル)イソプロピル]−4−メチルフェノール、2,6−ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニルメチル)−4−メチルフェノール、4,6−ビス[1−(4−ヒドロキシフェニル)イソプロピル]−レゾルシンなどを配合でき、その配合量はアルカリ可溶性樹脂に対し1〜35重量%、好ましくは3〜15重量%の範囲である。さらに所望により相溶性のある可塑剤、安定剤、界面活性剤、現像した像をより一層可視的にするための着色剤、増感効果を向上させる増感剤、染料、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、4−ジメチルアミノ−2’,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、5−アミノ−3−メチル−1−フェニル−4−(4−ヒドロキシフェニルアゾ)ピラゾール、4−ジメチルアミノ−4’−ヒドロキシアゾベンゼン、4−ジエチルアミノ−4’−エトキシアゾベンゼン、4−ジエチルアミノアゾベンゼン、クルクミンなどのハレーション防止剤などの添加剤を含有させることができる。
【0017】
本発明のネガ型レジスト組成物の使用するに当たっては有機溶剤に溶解した溶液の形で用いるのがよい。前記有機溶剤としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、イソブチルメチルケトン、n−アミルメチルケトン、イソアミルメチルケトン、1,1,1ートリメチルアセトンなどのケトン類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジ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又はジエチ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、モノイソプロピルエーテル、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;及び酢酸メチル、酢酸エチル、3−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。これらは単独でも、また2種以上を混合して用いてもよい。
【0018】
上記有機溶剤に溶解して調製したネガ型レジスト組成物を透明電導膜基板又は金属膜基板にスピンナーなどで塗布し、乾燥してレジスト層を設けたのち、g線、i線、deep−UV、エキシマレーザー、エックス線をマスクを介して選択的に照射するか、又は電子線を走査して照射したのち、加熱処理を施し、次いで、例えば〜10重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドやコリンなどの有機アルカリ水溶液又は水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどの無機アルカリ水溶液を用いて現像し、前記放射線の非照射部分を選択的に溶解除去してレジストパターンが形成される。
【0019】
本発明のネガ型レジスト組成物は、透明電導膜基板や金属膜基板において有用に用いることができ、透明電導膜基板としてはインジウム錫酸化膜(ITO膜)や酸化錫膜(SnO2膜)、特にITO膜に有用で、金属膜としてはAl、Ta、Mo,Crなどの各種金属膜基板をあげることができる。
【0020】
【実施例】
次に実施例に基づいて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何ら限定されるものではない。
【0021】
実施例1
m−クレゾールとp−クレゾールとを重量比で36:64の割合で混合し、これにホルマリンを加え、シュウ酸触媒を用いて常法により縮合してクレゾールノボラック樹脂(重量平均分子量3500)を得た。その20gとアルコキシメチル化尿素樹脂であるニカラックMX−290(商品名、三和ケミカル社製)2gとを乳酸エチル56gとプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート24gとの混合溶剤に溶解したのち、この溶液にクレゾールノボラック樹脂に対して、2−(4−メトキシフェニル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−1,3,5−トリアジンを5重量%、1−(2,3−ジヒドロキシプロピル)ベンゾトリアゾールを5重量%、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5重量%及び2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノンを3重量%の割合でそれぞれ加え、溶解した溶液を孔径0.2μmのメンブランフィルターを用いて加圧ろ過し、レジスト溶液を調製した。
【0022】
次いで、上記に調製したレジスト溶液を膜厚200nmのITO膜が形成されたガラス基板上に、4000rpmで20秒間スピンコートし、ホットプレート上で90℃で90秒間乾燥して、1.0μm厚のレジスト層を形成した。形成されたレジスト層にコンタクトアナライザーPLAー501(商品名、キヤノン社製)により、紫外線露光し、110℃で90秒間加熱処理を行った。それを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に23℃で約1分間浸漬し、非照射部分を溶解除去してレジストパターンを形成した。このレジストパターンはITO基板面から垂直に切り立った矩形の断面形状を有する良好なプロファイル形状の5μm幅のレジストパターンであり、残膜率は95%であった。また、形成されたレジストパターンをマスクとして、露出したITO膜を塩化第二鉄と塩酸との混合液からなるエッチング液中に40℃で30秒間浸漬した。マスクの剥がれは全く確認できなかった。
【0023】
実施例2〜7、比較例1〜3
表1に示したノボラック樹脂、アルコキシメチル化アミノ樹脂、トリアジン化合物、ベンゾトリアゾール化合物及び添加剤を含有するネガ型レジスト組成物を使用した以外は、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。そのレジストパターンの断面形状、残膜率及び密着性を評価した。その結果を表2に示す。
【0024】
【表1】
表中の重量%はアルカリ可溶性樹脂の重量に対するものである。
【0025】
上記表1の略号は以下のとおりである。
【0026】
【表2】
【0027】
上記表2の評価方法は以下による。
【0028】
上記表2に示すように本発明のネガ型レジスト組成物で形成したレジストパターンは高い残膜率を示すとともにITO膜に対する密着性がよく、良好なプロファイル形状のレジストパターンを形成することができる。
【0029】
実施例9
使用する基板を膜厚200nmのクロム膜が形成されたガラス基板に代え、エッチング液を硝酸第2セリウムアンモニウムと硝酸との混合液に代えた以外は、実施例1と同様の操作によりレジストパターンの断面形状、残膜率及びエッチング処理後のレジストパターンの剥がれの有無について評価したところ、断面形状は矩形、残膜率は95%及びレジストパターンの剥がれは確認できなかった。
【0030】
【発明の効果】
本発明のネガ型レジスト組成物は、透明電導膜や金属膜基板に対して密着性がよく、高い残膜率を示すとともに、優れたプロファイル形状のレジストパターンを形成することができ、微細加工化が要求される電子部品材料の製造、特にTFT素子を含む液晶表示素子の製造において好適に使用できる。
Claims (5)
- (A)ノボラック樹脂、(B)アルコキシメチル化アミノ樹脂、(C)トリアジン化合物及び(D)一般式化1で表わされるベンゾトリアゾール化合物を含有することを特徴とするネガ型レジスト組成物。
- ネガ型レジスト組成物が透明電導膜基板加工用レジストであることを特徴とする請求項1記載のネガ型レジスト組成物。
- ネガ型レジスト組成物が金属膜基板加工用レジストであることを特徴とする請求項1記載のネガ型レジスト組成物。
- (D)成分の含有量がノボラック樹脂に対して0.5〜15重量%であることを特徴とする請求項1記載のネガ型レジスト組成物。
- ノボラック樹脂、アルコキシメチル化アミノ樹脂、トリアジン化合物及び一般式化2で表わされるベンゾトリアゾール化合物を含有するネガ型レジスト組成物を有機溶媒に溶解したネガ型レジスト溶液を透明電導膜基板又は金属膜基板上に塗布し被膜を形成したのち、活性光線を選択的に照射し、加熱処理して、次いで現像処理することを特徴とするレジストパターン形成方法。
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