JP4354511B2 - フォトレジスト組成物を調製する方法 - Google Patents
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Description
フォトレジストの用法については、デフォレスト著(Deforest)の「フォトレジスト材料及び方法」(Photoresist Materials and Processes; McGraw Hill Book Company, New york, 1975)、及びモロー著(Moreau)の「半導体リトソグラフィー、原理、実用及び材料」(Semiconductor Lithography, Principles, Practices and Materials; Plenum Press, New york 1988)に記載がある。
このような他段階工程は、著しい欠点を呈する。例えば、他段階工程はエンジニアリングにおける重要な課題を提供している。特に、大きいスケールのフォトレジスト製造物において製造費用に負担が増加する。
以上のことより、フォトレジスト組成物の製造にかかる新たな方法が望まれてきた。詳細には、レジストの製造に要求される工程を減らすような新たな製造方法が望まれてきた。さらには、純度が高くなったフォトレジストの新たな製造方法が望まれてきた。
そこで、発明者らは新規で極めて好都合のフォトレジスト組成物の調製方法を発見した。
さらに、製造における時間と費用を節約することは、本発明のワン・ポット調製方法は、多段階工程により調製された比較生成物に比べて室温での耐用年数(shelf life)が著しく改善されたことを示すレジスト生成物を提供する。
さらに、本発明はレジスト樹脂バインダー、特に他の部位、例えば上記の酸不安定基又は不活性なブロッキング基など、に共有結合したフェノールの水酸基を含有するフェノール性ポリマーの合成のための方法を提供する。
無水反応混合物などを提供するため、種々のアプローチを適用できる。好ましい方法は、溶媒中の樹脂バインダー前駆体の混合物が、添加される化合物との反応前にモレキュラーシーブで処理される。
代わりに、該樹脂バインダー前駆体の溶液を添加される化合物との反応の前に共沸混合してもよい。
さらに、水分除去は、該樹脂バインダー前駆体と添加される化合物との反応の間に生成される所望でない高分子量ポリマー原料を減少させることが見出された。これらの高分子量原料は不安定であり、該原料を含有するフォトレジストの貯蔵期間(shelf life)を短くしてしまうことがある。
また、「添加される化合物(addition compound)」は、ここでは、フォトレジスト組成物に用いる樹脂バインダーを提供する樹脂バインダー前駆体と反応する化合物を指す。例えば、フェノール樹脂バインダー前駆体の場合では、添加される化合物は、酸不安定基(添加される化合物は、ジ−t−ブチルカルボネートまたはt−ブチルクロロアセテートのような遊離基に酸不安定部位を含有しうる)又は不活性なブロッキング基(添加される化合物は、塩化メタンスルホン酸などの遊離基に不活性部位を含有しうる)該前駆体に所望の機能を提供するために該前駆体と反応する化合物である。
本発明の他の態様については、以下に述べる。
上記の第1の態様として、本発明はワン・ポットのフォトレジスト製造のための方法を提供している。
該ワン・ポット方法は、調製されたフォトレジスト組成物に用いるために、フォトレジスト樹脂バインダーを溶媒中で生成することを含む。
好ましい態様として、該樹脂バインダーは、シンタらの米国特許第5,258,257号に開示の酸不安定基又はサッカレーらの同5,514,520号に開示の不活性なブロッキング基のような他の部位に結合しているフェノール性OH部位を含有するフェノール樹脂バインダーである。
L−CR1R2C(=O)−O−R3
の好適な添加される化合物で縮合してもよい。
式中、LはBrやClなどの遊離基であり、
R1及びR2はそれぞれ独立して、水素、ハロゲン(例えばF、ClまたはBr)のような電子吸引基、又は置換されていてもよい炭素原子数1〜10のアルキル基、
R3は、置換されていてもよい炭素原子数1〜10のアルキル基、又は、フェニル基またはベンジル基のようなアラルキル基などの置換されていてもよいアリール基である。
−R1R2C(=O)−O−R3
を提供する。露光時及び/又は露光後の加熱の間これらの基の光酸デグラデーション(photoacid degradation)は、該樹脂バインダーの骨格に懸吊している酢酸エーテルの極性部位を提供する。樹脂バインダーの骨格に懸吊している他の好ましい酸不安定基は、下記式であるオキシカルボニル基を含有する。
C(=O)−O−R3
式中、R3 は上記、及び、好ましくはt−ブチル基またはベンジル基である。
これらの基は、樹脂バインダー前駆体と、ジ−t−ブチル−ジカルボネートのようなジ−アルキル−ジカルボネートなどの好適な添加される化合物との反応により、提供される。酸不安定基については、米国特許第5,258,257号や他の文献を参照されたい。
これらの基は、フェノール樹脂のような好適な樹脂バインダー前駆体上に、好適な添加される化合物とのアルカリ性又は酸性の縮合反応により挿入されてよい。例えば、アルカリ性縮合の場合水酸化ナトリウムのような好適な触媒の存在下でスルホン酸ハロゲン化物または他の化合物と好適な遊離基及びフェノール性ポリマーとの反応あがる。反応工程については、米国特許第5,514,520号を参照されたい。
より詳細には、これらの方法は、実質的な無水条件下、好ましくは水分が約1.0wt%以下、より好ましくは約0.5wt%以下、での該樹脂バインダー前駆体と添加される化合物との反応を含む。
ハロゲン化非イオン性光酸発生化合物もまた好適である。例えば、1,1−ビス[p−クロロフェニル]−2,2,2−トリクロロエタン(DDT);1,1−ビス[p−メトキシフェニル]−2,2,2−トリクロロエタン;1,2,5,6,9,10−ヘキサブロモシクロデカン;1,10−ジブロモデカン;1,1−ビス[p−クロロフェニル]−2,2−ジクロロエタン;4,4−ジクロロ−2−(トリクロロメチル)ベンズヒドロール(ケルセン);ヘキサクロロジメチルスルホン;2−クロロ−6−(トリクロロメチル)ピリジン;o,o−ジエチル−o−(3,5,6−トリクロロ−2−ピリジル)ホスホロチオネート;1,2,3,4,5,6−ヘキサクロロシクロヘキサン;N(1,1−ビス[p−クロロフェニル]−2,2,2−トリクロロエチル)アセトアミド;トリス[2,3−ジブロモプロピル]イソシアヌレート;2,2−ビス[p−クロロフェニルル]−1,1−ジクロロエチレン;トリス[トリクロロメチル]s−トリアジン;並びにそれらの異性体、類似体、同族体残留組成物などが挙げられる。好適な光酸発生剤はまた、ヨーロッパ特許出願第0164248号及び同第0232972号に開示されている。
フォトレジストを表面へ塗布した後、好ましくはフォトレジスト塗膜の粘着性がなくなるまで加熱乾燥し、溶剤を除去する。その次に、従来の方法によってマスクを介して画像を形成させる。フォトレジスト系の光活性成分を効果的に活性化するのに十分な量の露光を行って、レジスト塗膜層にパターン化された画像を形成させる。より具体的には、露光エネルギーは、露光装置及びフォトレジスト組成物の成分によって変わるが、典型的には約1〜300mJ/cm2の範囲である。
(実施例)
実施例1−2:ワンポット樹脂調製法
目的のフォトレジスト組成物を調製するのに必要なポリマー溶液を、当該ポリマーを単離すること無く、直接調製することができた。このポリマー溶液に光活性成分及び他のレジスト成分を添加することにより、目的のフォトレジスト組成物を調製することができる。
反応容器にプロピレングリコールモノメチル酢酸エステル(PMA)150g、及び、水素化ポリ(ビニルフェノール)(マルゼンPHM−Cグレイド)50g(0.417モル)を加え、撹拌した。ポリマーが溶解した後、4オングストロームのモレキュラーシーブ10gを加え、1時間撹拌した。このモレキュラーシーブを濾別した後、マロン酸30mgを加え、完全に溶解するまで撹拌した(約30分を要した。)。次いで、この混合物にメトキシプロペン12.01g(0.167モル)を一度に加えた。室温で18時間撹拌し、PMA中の塩基性イオン交換樹脂ビーズ(ローム&ハス社製、A26−OH)4gを加え、さらに3時間撹拌した。このビーズを0.2μのフィルターを用いて濾別し、室温でこの溶液を貯蔵した。ポリマーの置換度は、30%であった。対照として、乾燥剤を使用せずに調製されたものの置換度は20%であった。
ポリ(ヒドロキシスチレン)(PHS)(MW=8,000)(52.33g、0.436モル)のプロピレングリコールモノメチルエーテル酢酸エステル(PGMA)165gの溶液をフラスコに取り、これに減圧蒸留装置を取り付けた。ポリマー溶液を乾燥させるために、減圧下で、(共沸蒸留による)PGMA/水溶液の除去を行った。
フラスコを冷却し、エチルビニルエーテル7.85g(0.109モル)のPGMA溶液を滴下した後、100mgのトリフルオロ酢酸を添加し、16時間撹拌した。反応の終了時に、18gの塩基性アルミナを添加し、2時間撹拌した後、1μのパンケーキフィルタ−で濾過した。1H−NMRによる測定結果によると24%の1−エトキシ−1−エチル部分が含有されていた。この値は理論値25%(原料添加量による)に極めて近い値である。
フラスコにプロピレングリコールモノメチルエーテル(PMA)150g、及び、水素化ポリ(ビニルフェノール)(マルゼンPHM−Cグレイド)50g(0.417モル)を加え、撹拌した。ポリマーが溶解した後、マロン酸30mgを加え、完全に溶解するまで撹拌した(約30分を要した。)。次いで、この混合物に2−メトキシプロペン12.01g(0.167モル)を一度に加えた。室温で18時間撹拌し、PMA中の塩基性イオン交換樹脂ビーズ(ローム&ハス社製、A26−OH)4gを加え、さらに3時間撹拌した。このビーズを0.2μのフィルターを用いて濾別し、室温でこの溶液を貯蔵した。
室温で10日後においても、ポリマーを含有するフォトレジストにおいて、溶解速度に何等の変化も観察されなかった。一方、対照として、イオン交換樹脂を用いずに同様な方法で調製されたポリマーを樹脂バインダーとして含有するフォトレジストは、レジストを調製してから10日後には溶解速度が10倍になった。
なお、本発明の態様を例示すれば次のとおりである。
(1) (a)選択されたフォトレジスト溶媒中でフォトレジスト樹脂バインダーを調製する工程、
(b)当該溶媒中から樹脂バインダーを分離することなく、光活性成分を当該樹脂バインダー混合物中に添加して溶媒中でフォトレジスト組成物を調製する工程、
からなるフォトレジスト組成物の調製方法。
(2) 樹脂バインダーが、酸不安定基が懸垂されているフェノール性ポリマーである(1)に記載の方法。
(3) 樹脂バインダーが、不活性なブロッキング基が懸垂されているフェノール性ポリマーである(1)に記載の方法。
(4) 前記工程(a)が、ポリマーの水酸基と共有結合を形成することができる化合物と、ポリマーとの反応を包含している(1)に記載の方法。
(5) 溶媒中の樹脂バインダー前駆体の混合物が、添加される化合物との反応前には実質的に無水の状態で処理される(1)に記載の方法。
(6) 溶媒中の樹脂バインダー前駆体の混合物が、添加される化合物との反応前には水分含有量が約1重量%又はそれ以下である(1)に記載の方法。
(7) 溶媒中の樹脂バインダー前駆体の混合物が、添加される化合物との反応前にモレキュラーシーブで処理される(5)に記載の方法。
(8) 溶媒中の樹脂バインダー前駆体の混合物が、添加される化合物との反応前に共沸蒸留で処理される(5)に記載の方法。
(9) 樹脂バインダー前駆体と、添加される化合物とが酸触媒の存在下に反応させられ、当該反応の後に塩基性イオン交換樹脂が樹脂バインダー中に添加される(1)に記載の方法。
(10) 樹脂バインダー前駆体と、添加される化合物とが塩基触媒の存在下に反応させられ、当該反応の後に酸性イオン交換樹脂が樹脂バインダー中に添加される(1)に記載の方法。
(11) 溶媒が、プロピオネート、グリコールエーテル又はラクテートである(1)に記載の方法。
(12) 溶媒が、エチルエトキシプロピオネート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル酢酸エステル、乳酸メチル又は乳酸エチルである(1)に記載の方法。
(13) (a)樹脂バインダー前駆体と溶媒との混合物を実質的に無水の状態で処理する工程、
(b)溶媒中の樹脂バインダー前駆体と、添加される化合物とを反応させて、フォトレジスト樹脂バインダーを調製する工程、及び、
(c)当該樹脂バインダーに、光活性成分を混合してフォトレジスト組成物を調製する工程、
からなるフォトレジスト組成物の調製方法。
(14) 樹脂バインダーが、酸不安定基又は不活性なブロッキング基が懸垂されているフェノール性ポリマーである(13)に記載の方法。
(15) 溶媒と樹脂バインダー前駆体との混合物が、添加される化合物との反応前には水分含有量が約1重量%又はそれ以下である(13)に記載の方法。
(16) 溶媒と樹脂バインダー前駆体との混合物が、添加される化合物との反応前にモレキュラーシーブで処理される(13)に記載の方法。
(17) 溶媒と樹脂バインダー前駆体との混合物が、添加される化合物との反応前に共沸蒸留で処理される(13)に記載の方法。
Claims (6)
- (a)フェノール性ポリマーと当該ポリマーの水酸基と共有結合を形成することができる化合物とを溶媒中で酸触媒の存在下に反応させて、当該反応の後に塩基性イオン交換樹脂が樹脂バインダー中に添加して溶媒中でフォトレジスト樹脂バインダーを調製する工程、及び、
(b)溶媒中から当該樹脂バインダーを単離すること無く、当該樹脂バインダーに光活性成分を添加して当該溶媒中でフォトレジスト組成物を調製する工程、
からなるフォトレジスト組成物を製造する方法。 - 樹脂バインダーが、酸不安定基が懸垂されているフェノール性ポリマーである請求項1に記載の方法。
- 樹脂バインダーが、不活性なブロッキング基が懸垂されているフェノール性ポリマーである請求項1に記載の方法。
- 溶媒中の樹脂バインダー前駆体の混合物が、添加される化合物との反応前には実質的に無水の状態で処理される請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 溶媒が、プロピオネート、グリコールエーテル又はラクテートである請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 溶媒が、エチルエトキシプロピオネート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル酢酸エステル、乳酸メチル又は乳酸エチルである請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
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