JP7504658B2 - ポジ型感光性樹脂組成物、パターニングされたレジスト膜の形成方法、及びパターニングされたレジスト膜 - Google Patents
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Description
金属からなる配線や端子等を形成するために使用できるポジ型の感光性組成物としては、例えば、クレゾールノボラック樹脂等のアルカリ可溶性ノボラック樹脂と、感光剤と、ベンゾトリアゾール系化合物とを含む感光性組成物が知られている(特許文献1を参照)。
また、感光性組成物には、一般的に高感度化が要求される。ところが、通常、感光性組成物を高感度化させると、焦点深度特性、及び解像性の低下が起こりやすい。このため、高感度の感光性組成物では、優れた焦点深度特性と優れた解像性との両立が、特に望まれる。
キノンジアジド基含有化合物(B)が、下記式(B1):
で表される化合物と、下記式(B2):
で表される化合物と、を含み、
式(B1)で表される化合物の質量をM1とし、式(B2)で表される化合物の質量をM2とする場合に、M1/M2が1.2以上5.0以下である、ポジ型感光性樹脂組成物である。
塗布膜を位置選択的に露光する工程と、
露光された塗布膜を現像液により現像する工程と、
を含む、パターニングされたレジスト膜の形成方法である。
ポジ型感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂(A)と、キノンジアジド基含有化合物(B)とを含む。
キノンジアジド基含有化合物(B)は、下記式(B1):
で表される化合物と、下記式(B2):
で表される化合物と、を含む。
キノンジアジド基含有化合物(B)において、式(B1)で表される化合物の質量をM1とし、式(B2)で表される化合物の質量をM2とする場合に、M1/M2は、1.2以上5.0以下である。
以下、ポジ型感光性樹脂組成物に含まれる、必須、又は任意の成分について説明する。
アルカリ可溶性樹脂(A)としては、カルボキシ基やフェノール性水酸基等のアルカリ可溶性基を有する樹脂であって、ポジ型感光性樹脂組成物に所望する現像特性を付与し得る樹脂を特に限定なく用いることができる。
アルカリ可溶性樹脂(A)の好適な例としては、例えば、
フェノール類と、アルデヒド類及び/又はケトン類とを、酸性触媒存在下に縮合させて得られるノボラック樹脂;
ヒドロキシスチレンの単独重合体や、ヒドロキシスチレンと他のスチレン系単量体との共重合体、ヒドロキシスチレンとアクリル酸又はメタクリル酸あるいはその誘導体との共重合体等のヒドロキシスチレン系樹脂;
(メタ)アクリル酸とその誘導体との共重合体である(メタ)アクリル系樹脂等が挙げられる。
フェノール類としては、例えば、フェノール;o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール等のクレゾール類;2,3-キシレノール、2,4-キシレノール、2,5-キシレノール、2,6-キシレノール、3,4-キシレノール、3,5-キシレノール等のキシレノール類;o-エチルフェノール、m-エチルフェノール、p-エチルフェノール等のエチルフェノール類;2-イソプロピルフェノール、3-イソプロピルフェノール、4-イソプロピルフェノール、o-ブチルフェノール、m-ブチルフェノール、p-ブチルフェノール、並びにp-tert-ブチルフェノール等のアルキルフェノール類;2,3,5-トリメチルフェノール、及び3,4,5-トリメチルフェノール等のトリアルキルフェノール類;レゾルシノール、カテコール、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ピロガロール、及びフロログリシノール等の多価フェノール類;アルキルレゾルシン、アルキルカテコール、及びアルキルハイドロキノン等のアルキル多価フェノール類(いずれのアルキル基も炭素数1以上4以下である。);α-ナフトール;β-ナフトール;ヒドロキシジフェニル;並びにビスフェノールA等が挙げられる。これらのフェノール類は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
アルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、フルフラール、ベンズアルデヒド、ニトロベンズアルデヒド、及びアセトアルデヒド等が挙げられる。これらのアルデヒド類は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
酸触媒としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、及び亜リン酸等の無機酸類;蟻酸、シュウ酸、酢酸、ジエチル硫酸、及びパラトルエンスルホン酸等の有機酸類;並びに酢酸亜鉛等の金属塩類等が挙げられる。これらの酸触媒は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ノボラック樹脂のポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw;以下、単に「重量平均分子量」ともいう。)は、ポジ型感光性樹脂組成物の現像性、解像性等の観点から、1000以上が好ましく、2000以上がより好ましく、3000以上がさらに好ましく、また、50000以下が好ましく、40000以下がより好ましく、30000以下がさらに好ましく、20000以下がさらにより好ましい。
なお、本明細書において、重量平均分子量Mw、数平均分子量Mnは、GPC(ゲル透過クロマトグラフィ)測定における、ポリスチレン換算の相対値として定義することができる。
また、ノボラック樹脂を複数種用いる場合、これら複数種のノボラック樹脂を組み合わせた状態で、GPC(ゲル透過クロマトグラフィ)測定を行い、得られたチャートから分散度を決定すればよい。
ノボラック樹脂として、重量平均分子量が異なる樹脂の組み合わせとしては、特に限定されないが、重量平均分子量が1000以上10000以下である低重量平均分子量側の樹脂と、重量平均分子量が5000以上50000以下である高重量平均分子量側の樹脂との組み合わせが好ましく、重量平均分子量が2000以上8000以下である低重量平均分子量側の樹脂と、重量平均分子量が8000以上40000以下である高重量平均分子量側の樹脂との組み合わせがより好ましく、重量平均分子量が3000以上7000以下である低重量平均分子量側の樹脂と、重量平均分子量が10000以上20000以下である高重量平均分子量側の樹脂との組み合わせがさらに好ましい。
ポジ型感光性樹脂組成物の固形分全体に対するアルカリ可溶性樹脂(A)の質量の比率は、40質量%以上80質量%以下が好ましく、45質量%以上75質量%以下がより好ましく、50質量%以上70質量%以下がさらに好ましい。
ポジ型感光性樹脂組成物は、キノンジアジド基含有化合物(B)を含有する。
キノンジアジド基含有化合物(B)は、下記式(B1):
で表される化合物と、下記式(B2):
で表される化合物と、を含む。
キノンジアジド基含有化合物(B)において、式(B1)で表される化合物の質量をM1とし、式(B2)で表される化合物の質量をM2とする場合に、M1/M2は、1.2以上5.0以下である。
Rb1としては、水素原子、又はメチル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
炭素原子数1以上6以下のアルキル基は、Rb1としてのアルキル基と同様である。
炭素原子数1以上6以下のアルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、n-ブチルオキシ基、イソブチルオキシ基、sec-ブチルオキシ基、tert-ブチルオキシ基、n-ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、及びn-ヘキシルオキシ等が挙げられる。
炭素原子数3以上6以下のシクロアルキル基の具体例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基が挙げられる。これらの中ではシクロヘキシル基が好ましい。
で表される化合物、及び/又は下記式(B4):
で表される化合物を含むのが好ましく、式(B3)で表される化合物、及び式(B4)で表される化合物を含むのがより好ましい。
Rb3としては、メチル基、及びエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
ポジ型感光性樹脂組成物は、増感剤(C)を含んでいてもよい。増感剤(C)は、分子量1000以下のフェノール性水酸基を有する化合物である。
ポジ型感光性樹脂組成物が、アルカリ可溶性樹脂(A)と、キノンジアジド基含有化合物(B)と、増感剤(C)とを組み合わせて含むことにより、パターン化されたレジスト膜の良好な断面形状と、高い感度との両立が容易である。
つまり、増感剤(C)の好適な具体例としては、2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン、2,4,4’-トリヒドロキシベンゾフェノン、2,4,6-トリヒドロキシベンゾフェノン、2,3,6-トリヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4-トリヒドロキシ-2’-メチルベンゾフェノン、2,3,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3’,4,4’,6-ペンタヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,3,4,4’-ペンタヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,3,4,5-ペンタヒドロキシベンゾフェノン、2,3’,4,4’,5’,6-ヘキサヒドロキシベンゾフェノン、2,3,3’,及び4,4’,5’-ヘキサヒドロキシベンゾフェノン等のポリヒドロキシベンゾフェノン類;ビス(2,4-ジヒドロキシフェニル)メタン、ビス(2,3,4-トリヒドロキシフェニル)メタン、2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-(4’-ヒドロキシフェニル)プロパン、2-(2,4-ジヒドロキシフェニル)-2-(2’,4’-ジヒドロキシフェニル)プロパン、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、4,4’-{1-[4-〔2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-プロピル〕フェニル]エチリデン}ビスフェノール、及び3,3’-ジメチル-{1-[4-〔2-(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)-2-プロピル〕フェニル]エチリデン}ビスフェノール等のビス[(ポリ)ヒドロキシフェニル]アルカン類;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)-4-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)-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(4-ヒドロキシ-2,5-ジメチルフェニル)-3,4-ジヒドロキシフェニルメタン、及びビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)-3,4-ジヒドロキシフェニルメタン等のトリス(ヒドロキシフェニル)メタン類又はそのメチル置換体;ビス(3-シクロヘキシル-4-ヒドロキシフェニル)-3-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-ヒドロキシフェニル)-4-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5-シクロヘキシル-4-ヒドロキシ-2-メチルフェニル)-2-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5-シクロヘキシル-4-ヒドロキシ-2-メチルフェニル)-3-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5-シクロヘキシル-4-ヒドロキシ-2-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-2-ヒドロキシフェニル)-3-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5-シクロヘキシル-4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)-4-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5-シクロヘキシル-4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)-3-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5-シクロヘキシル-4-ヒドロキシ-3-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-2-ヒドロキシフェニル)-4-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(3-シクロヘキシル-2-ヒドロキシフェニル)-2-ヒドロキシフェニルメタン、ビス(5-シクロヘキシル-2-ヒドロキシ-4-メチルフェニル)-2-ヒドロキシフェニルメタン、及びビス(5-シクロヘキシル-2-ヒドロキシ-4-メチルフェニル)-4-ヒドロキシフェニルメタン等のビス(シクロヘキシルヒドロキシフェニル)(ヒドロキシフェニル)メタン類又はそのメチル置換体;フェノール、p-メトキシフェノール、ジメチルフェノール、ヒドロキノン、ナフトール、ピロカテコール、ピロガロール、ピロガロールモノメチルエーテル、ピロガロール-1,3-ジメチルエーテル、及び没食子酸等の水酸基を有する化合物が挙げられる。
ポジ型感光性樹脂組成物は、本発明の目的を阻害しない範囲で、着色剤、密着性向上剤、界面活性剤、可塑剤等の種々の添加剤を含有していてもよい。
密着性向上剤としては、パターン化されたレジスト膜の、当該レジスト膜が形成された面との密着性を向上させることのできる材料の中から適宜選択できる。例えば、2-ヒドロキシエチルピリジン等のヒドロキシアルキル含窒素複素環化合物を、この密着性向上剤として用いることができる。
ポジ型感光性樹脂組成物は、塗布性、消泡性、及びレベリング性等を向上させるため、界面活性剤を含有していてもよい。界面活性剤としては、例えばBM-1000、BM-1100(BMケミー社製)、メガファックF142D、メガファックF172、メガファックF173、メガファックF183(大日本インキ化学工業社製)、フロラードFC-135、フロラードFC-170C、フロラードFC-430、フロラードFC-431(住友スリーエム社製)、サーフロンS-112、サーフロンS-113、サーフロンS-131、サーフロンS-141、サーフロンS-145(旭硝子社製)、SH-28PA、SH-190、SH-193、SZ-6032、SF-8428(東レシリコーン社製)、BYK-310、BYK-330(ビックケミージャパン社製)等の名称で市販されているシリコン系又はフッ素系界面活性剤を使用することができる。
ポジ型感光性樹脂組成物は、上記の各成分を適当な溶剤に溶解して、溶液の形で用いることが好ましい。このような溶剤としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、及びエチレングリコールモノブチルエーテル等のエチレングリコールアルキルエーテル類;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、及びジエチレングリコールジブチルエーテル等のジエチレングリコールジアルキルエーテル類;メチルセロソルブアセテート、及びエチルセロソルブアセテート等のエチレングリコールアルキルエーテルアセテート類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、及びプロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート等のプロピレングリコールアルキルエーテルアセテート類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、及びメチルアミルケトン等のケトン類;トルエン及びキシレン等の芳香族炭化水素類;ジオキサン等の環式エーテル類;並びに2-ヒドロキシプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、オキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチルブタン酸メチル、3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、蟻酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸メチル、及びアセト酢酸エチル等のエステル類等が挙げられる。これらの溶剤は、単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
ポジ型感光性樹脂組成物は、上記の各成分を所定の比率で配合した後、通常の方法で混合、撹拌することにより調製することができる。また、必要に応じて、さらにメッシュ、メンブレンフィルタ等を用いて濾過してもよい。
パターニングされたレジスト膜は、前述のポジ型感光性樹脂組成物を基板に塗布して塗布膜を形成する工程と、
塗布膜を位置選択的に露光する工程と、
露光された塗布膜を現像液により現像する工程と、
を含む方法により形成され得る。
現像後、パターン化されたレジスト膜の表面を、水や、レジスト膜を過度に溶解させない有機溶媒等によってリンスしてもよい。また、必要に応じて、パターン化されたレジスト膜をベークしてもよい。
実施例及び比較例において、アルカリ可溶性樹脂(A)((A)成分)として、m-クレゾール/p-クレゾールの質量が36/64であるクレゾールノボラック樹脂(重量平均分子量6000)を用いた。
ポジ型感光性樹脂組成物の試料をスピンナーを用いて8インチのSiウェーハ上に塗布して塗布膜を形成した。塗布膜を、ダイレクトホットプレート(DHP)で110℃で90秒間乾燥させて、膜厚1.5μmのレジスト被膜を形成した。
次いで、1.5μm径のホールパターンを実現するためのマスクパターンが描かれたマスク又は1.3μmのラインアンドスペース(LS)パターンを実現するためのマスクパターンが描かれたマスクを介してそれぞれFPA-5510iv(商品名、キヤノン社製、NA=0.12)を用い、露光を行った。
露光されたレジスト被膜を、23℃、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液に65秒間接触させて現像を行った。得られたレジストパターンを、30秒間水洗いし、スピン乾燥した。
得られたホールパターン及びLSパターンを、それぞれSEM写真にて観察し、以下の基準に従い、解像性の評価を行った。
○:現像残渣を発生させることなく、所定のサイズのホール及びLSを形成できた。
×:現像残渣が発生したか、所定のサイズのホール及びLSの少なくとも一方を形成できなかった。
上記解像性評価にて得られた1.3μmLSパターンの断面形状をSEM写真にて観察し、以下の基準に従って断面形状を評価した。
◎:矩形形状
〇:レジストパターンの基板と反対側の表面近傍の幅が、レジストパターンの高さ方向中心部付近の幅よりも太い、Tトップ形状
×:頭付き無し(断面形状が三角形に近いパターン形状)
上記解像性評価にて、LSパターン寸法が1.30μmとなる露光量(最適露光量)を確認し、以下の基準に従って感度を評価した。
○:LSパターン寸法が1.3μmとなる露光量が40mJ/cm2未満である。
×:LSパターン寸法が1.3μmとなる露光量が40mJ/cm2以上である。
上記感度評価にて確認した、各ポジ型感光性樹脂組成物の最適露光量で、焦点を-20μm~+20μmの範囲で1μm毎に上下にずらしてそれぞれLSパターンを形成し、LSパターンをSEM写真にて観察した。
SEM写真の観察結果から、LSパターンの断面形状が、断面形状評価における◎又は〇であり、且つLSパターン寸法が1.3±0.13μmの範囲となる焦点の範囲を求め、焦点深度幅(DOF)を評価した。
他方、比較例1から、ポジ型感光性樹脂組成物が、B-IとB-IIとを組み合わせて含んでいても、B-Iの質量M1と、B-IIの質量M2との比率M1/M2が1.2未満である場合、優れた解像性と、優れた焦点深度特性とを両立できないことが分かる。
また、比較例2、及び比較例3からは、ポジ型感光性樹脂組成物が、式(B1)で表される化合物に該当するB-I、又は式(B2)で表される化合物に該当するB-IIを欠く場合、焦点深度幅が狭まることが分かる。
Claims (7)
- アルカリ可溶性樹脂(A)、及びキノンジアジド基含有化合物(B)を含み、
前記キノンジアジド基含有化合物(B)が、下記式(B1):
で表される化合物と、下記式(B2):
で表される化合物と、下記式(B3):
で表される化合物、及び/又は下記式(B4):
で表される化合物を含み、
前記式(B1)で表される化合物の質量をM1とし、前記式(B2)で表される化合物の質量をM2とする場合に、M1/M2が1.2以上5.0以下である、ポジ型感光性樹脂組成物。 - アルカリ可溶性樹脂(A)、及びキノンジアジド基含有化合物(B)を含み、
前記キノンジアジド基含有化合物(B)が、下記式(B1):
で表される化合物と、下記式(B2):
で表される化合物と、を含み、
前記式(B1)で表される化合物の質量をM1とし、前記式(B2)で表される化合物の質量をM2とする場合に、M1/M2が1.2以上5.0以下であり、
前記キノンジアジド基含有化合物(B)の質量に対する、前記M1と前記M2との和の比率が、20質量%以上50質量%以下である、ポジ型感光性樹脂組成物。 - 前記キノンジアジド基含有化合物(B)が、さらに、下記式(B3):
で表される化合物、及び/又は下記式(B4):
で表される化合物を含む、請求項2に記載のポジ型感光性樹脂組成物。 - 前記キノンジアジド基含有化合物(B)が、前記式(B3)で表される化合物、及び前記式(B4)で表される化合物を含む、請求項3に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 前記キノンジアジド基含有化合物(B)の質量に対する、前記M1と前記M2との和の比率が、20質量%以上50質量%以下である、請求項1に記載のポジ型感光性樹脂組成物。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載のポジ型感光性樹脂組成物を基板に塗布して塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜を位置選択的に露光する工程と、
露光された塗布膜を現像液により現像する工程と、
を含む、パターニングされたレジスト膜の形成方法。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載のポジ型感光性樹脂組成物からなる、パターニングされたレジスト膜。
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