JPH02186351A - Photosensitive agent for positive type photoresist - Google Patents

Photosensitive agent for positive type photoresist

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Publication number
JPH02186351A
JPH02186351A JP1004700A JP470089A JPH02186351A JP H02186351 A JPH02186351 A JP H02186351A JP 1004700 A JP1004700 A JP 1004700A JP 470089 A JP470089 A JP 470089A JP H02186351 A JPH02186351 A JP H02186351A
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JP
Japan
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group
resolution
line
alkali
quinonediazide compound
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Application number
JP1004700A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshitaka Tsutsumi
堤 義高
Teruhisa Kamimura
上村 輝久
Masazumi Hasegawa
正積 長谷川
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Publication date
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Publication of JPH02186351A publication Critical patent/JPH02186351A/en
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Abstract

PURPOSE:To enhance sensitivity, resolution, heat resistance, and a pattern form by forming a photoresist made of a specified 1,2-quinonediazide compound and an alkali-soluble resin. CONSTITUTION:The photosensitive agent to be used for the positive type photoresist comprises the 1,2-quinonediazide compound represented by formula I in which at least 2 of A1-A10 are -O-D, each independent of each other, and D is -R, -COR, or -SO2R; R is alkyl, aralkyl, or aryl; the rest of them are H, halogen, or alkyl, and at least one is a group having a quinone-diazide group; and X is a single bond, -CO-, -COO-, or the like. The positive type photoresist material comprising the alkali-soluble resin and the 1,2-quinonediazide compound can be used for forming a resist patterns by using ultraviolet rays, far ultraviolet rays, electron beams, X-rays, etc., thus permitting sensitivity, resolution, heat resistance, and process stability to be enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野] 本発明は、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等の放射線
に感応するレジスト材として用いることのできるアルカ
リ可溶性樹脂及び1.2−キノンジアジド化合物からな
るポジ型フォトレジスト材料及びパターン形成方法に関
するものである。 [従来の技術] 近年、半導体集積回路の高密度化、高集積化が進み、集
積度4Mビット以上の時代となり、サブミクロンルール
、さらにはそれ以下のパターン形成が必要になっている
。 ポジ型フォトレジスト材料はアルカリ可溶性ノボラック
樹脂とアルカリ溶解阻止剤として機能する1、2−キノ
ンジアジド化合物とからなる。 放射線照射部は、1,2−キノンジアジド化合物がカル
ベンを経由してケテンになり、系内外の水分と反応して
インデンカルボン酸が生成し、アルカリ水溶液に容品に
溶解するようになる。一方、未照射部はアルカリ現像液
に溶解しに<<、膨潤もほとんどなく、高残膜率を保持
する。その結果、高解作性のレジストパターンが得られ
る。従来の環化ポリイソプレン系ネガ型レジストは現像
時における皮膜の膨潤のために解像性に限界があり、最
近はポジ型レジストが主として使用されている。 ところで、ますます厳しい要求に応えるために、ポジ型
フォトレジストにおいても種々の改良が試みられており
、樹脂、感光剤、現像液及び添加剤に至るまで、幅広く
、詳細な検討が行われている。 特に、高感度、高解像度、パターンプロファイルの矩形
性、高ドライエツチング耐性、高耐熱性、プロセス安定
性が強く望まれており、改良の目標になっている。 また、装置に関しても、種々改良が行われてきており、
縮小投影露光装置の場合、現状はレンズの高性能化さら
に露光源の短波長化が研究開発の主流になっている。 [発明が解決しようとする課″:fJ]しかしながら、
ポジ型フォトレジストにおいて、感度と解像度、感度と
耐熱性及び感度、解像度、耐熱性とプロセス安定性とは
相反する傾向にある。 例えば、樹脂の高分子量化は耐熱性を高めるが、感度、
解像度及びプロセス安定性を低下させる。 耐熱性を向上させるための共重合を行うと、プロセス安
定性が低下する。また、感光剤量を増加すると解像度は
良好になるが、感度は低下する。このように、相反する
特性が多いため、他の諸特性を低Fさせずに高性能化を
達成するのは極めて困難であった。 また、露光源として、例えば紫外線の場合、その波長は
g線からivAへと短波長に移行しつつある。従来のg
線用レジストをi線の縮小投影露光装置を用いて露光す
ると、パターンプロファイルが大幅に悪化し、ひいては
解像度の低下を招く。 又、g線あるいはi線単独で使用できるレジストは種々
開発されつつあるが、ユーザーの要望である両方の光源
に使用可能なレジストはいまだ開発されていない状況に
ある。
[Industrial Application Field] The present invention provides a positive photoresist comprising an alkali-soluble resin and a 1,2-quinonediazide compound that can be used as a resist material sensitive to radiation such as ultraviolet rays, deep ultraviolet rays, electron beams, and X-rays. The present invention relates to materials and pattern forming methods. [Prior Art] In recent years, the density and integration of semiconductor integrated circuits have progressed, and we have entered an era where the degree of integration is 4 Mbits or more, and pattern formation of submicron rules or even smaller ones has become necessary. The positive photoresist material consists of an alkali-soluble novolak resin and a 1,2-quinonediazide compound that functions as an alkali dissolution inhibitor. In the radiation irradiated area, the 1,2-quinonediazide compound becomes ketene via carbene, reacts with moisture inside and outside the system to produce indene carboxylic acid, and is dissolved in the aqueous alkaline solution in the container. On the other hand, the unirradiated area is dissolved in an alkaline developer, hardly swells, and maintains a high residual film ratio. As a result, a highly resolvable resist pattern can be obtained. Conventional cyclized polyisoprene-based negative resists have limited resolution due to swelling of the film during development, and recently positive resists have been mainly used. By the way, in order to meet increasingly stringent requirements, various improvements are being attempted in positive photoresists, and a wide range of detailed studies are being conducted on everything from resins, photosensitizers, developers, and additives. . In particular, high sensitivity, high resolution, rectangularity of pattern profile, high dry etching resistance, high heat resistance, and process stability are strongly desired and are the goals of improvement. Additionally, various improvements have been made to the equipment.
In the case of reduction projection exposure systems, the current focus of research and development is to improve the performance of lenses and shorten the wavelength of exposure sources. [The problem that the invention seeks to solve”: fJ] However,
In positive photoresists, sensitivity and resolution, sensitivity and heat resistance, and sensitivity, resolution, heat resistance, and process stability tend to be contradictory. For example, increasing the molecular weight of resin increases heat resistance, but
Decreases resolution and process stability. When copolymerization is performed to improve heat resistance, process stability decreases. Furthermore, when the amount of photosensitizer is increased, the resolution improves, but the sensitivity decreases. As described above, since there are many contradictory characteristics, it has been extremely difficult to achieve high performance without lowering the F of other characteristics. Furthermore, in the case of ultraviolet light as an exposure source, for example, its wavelength is shifting from g-line to ivA. conventional g
If a line resist is exposed using an i-line reduction projection exposure apparatus, the pattern profile will be significantly deteriorated, which will lead to a decrease in resolution. In addition, although various resists that can be used with either the g-line or the i-line are being developed, a resist that can be used with both light sources, as desired by users, has not yet been developed.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

本発明者らは、このような背景をもとに鋭意研究を重ね
た結果、感光剤としてフェノール性化合物の全ての水酸
基を置換すると、i線に対する吸収が低くなり、i線に
対するレジスト特性が向上し、かつg線にも適用できる
高感度、高解像度、高プロセス安定性を有する感光剤に
なることを見出した。特に、その置換基が一部は感光成
分ではないものにした場合には、現像液に対する溶解性
が良好になりレジスト特性が飛躍的に向上することを見
出し、本発明を完成するに至った。また、置換基が一部
は感光成分ではないものにした場合には、レジスト溶液
の保存安定性も良好になることが分かった。 即ち、本発明は一般式(1) %式% Δ7 、A、 、Ag及びAll+のうち少なくとも2
個は各々独立に一〇−Dで表イフされる基(但しDはR
,CORもしくは−So、Rで表わされる話((Rは置
換基を有することのあるアルキル基、アラルキル基又は
アリール基を表わす))又は1,2−ナフトキノンジア
ジド−4−スルホニル基、1゜2−ナフトキノンジアジ
ド−5−スルホニル基もしくは1.2−ベンゾキノンジ
アジド−4−スルホニル基を示す)であり、残余はそれ
ぞれ水素原子、ハロゲン原子又は炭素数1〜4のアルキ
ル基であるが、A、ないしAI(、のうち少なくとも一
個はキノンジアジド基を含む基であり、Xは単結合、−
co−−coo−−s−−5o− −SO□−(CH2) −C(CH3)2  −C(CFi)2−−NH−又は (CO)NH(CH2)  NH(Co)で示される基
(nは1または2で表わされる数である)]で表わされ
る化合物からなるポジ型フォトレジスト用感光剤を提供
するものである。 さらにまた、このポジ型フォトレジスト用感光剤及びア
ルカリ可溶性樹脂からなるポジ型フォトレジスト組成物
及びポジ型フォトレジスト組成物を用いるパターン形成
方法を提供するものである。 なお、一般式(I)におけるAI 、A2 、AI。 A4 、As、Ab 、A? 、A8 、A9、Alo
のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル
基、ブチル基等を、ハロゲンとしては、塩素、フッ素、
臭素等を挙げることができる。Rのアルキル基としては
、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等を、ア
リール基としてはフェニル基、ナフチル基等を、アラル
キル基としては、ベンジル基、フェネチル基、クミル基
等を挙げることができる。また、置換アルキル基として
は、フッ素置換アルキル基、アルコキシアルキル基等を
、置換アリール基としては、トリル、エチルフェニル等
のアルキル置換フェニル基、フッ素置換フェニル基、安
息香酸等を挙げることができる。 本発明における一般式(1)で示される1、2−キノン
ジアジド化合物の合成方法には、特に限定はないが、例
えば以下の方法で合成できる。 下記一般式(n) [但し、B、   Bz、B3、B4、BS、B6、B
y、Bs、Bq及びB1゜のうち少なくとも2個は水酸
基であり残余はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子又は炭
素数1〜4のアルキル基を示し、Xは単結合、−CO−
−COO−−9− −S O−S O2−−(CH2) NH−−C(CH))z −C(CFi )2−又は (Co)NH(CH2)、NH(、CO)で示される2
&(nは1または2を表わす)]で表わされる化合物の
水酸基を、キノンジアジド基を含む基(感光基)以外の
基でアルキル化あるいはエステル化した後に、1.2−
ナフトキノンジアジド−4−スルホニルクロリド、1,
2−ナフトキノンジアジド−5−スルホニルクロリド又
は1゜2−ベンゾキノンジアジド−4−スルホニルクロ
リドにて、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ア
ルカリ、トリエチルアミン、ピリジン等の塩基存在下で
、残りの全てをエステル化することによって合成できる
。また、感光基以外の置換基でエステル化する場合には
、1,2−キノンジアジド基と同時にエステル化しても
目的物は得られる。 本発明のアルカリ可溶性樹脂としては、本発明の1,2
−キノンジアジド化合物と均一に溶解する樹脂であれば
、特に限定はないが、例えば、以下を挙げることができ
る。フェノール、クレゾール等のノボラック樹脂、ポリ
ビニルフェノールあるいはその共重合体またはスチレン
−無水マレイン酸共重合体あるいはそのハーフエステル
等のカルボン酸を含む重合体等を例示できる。特に、ノ
ボラック樹脂は好ましく、以下の方法にて合成できる。 相当する単量体とホルムアルデヒド、バラホルムアルデ
ヒド、アセトアルデヒド等のアルデヒド類をギ酸、蓚酸
、酢酸、塩酸、硝酸、硫酸、ルイス酸等の酸性触媒の存
在下で、公知の方法に従って重縮合することによって合
成できる。樹脂の重量平均分子量は2000〜3000
0 (ポリスチレン換算)が好ましい。この範囲内が感
度、解像度、耐熱性、プロセス安定性に優れている。 また、本発明に用いることができるノボラック樹脂に使
用される単量体としては、例えば、以下のフェノール類
から単独あるいは2種以上混合して用いることができる
。フェノール類としては、フェノール、0−クレゾール
、m−クレゾール、p−クレゾール、0−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、
o−n−ブチルフェノール、m−n−ブチルフェノール
、p−n−ブチルフェノール、o−t−ブチルフェノー
ル、m−t−ブチルフェノール、p−t−ブチルフェノ
ール、0−メトキシフェノール、m−メトキシフェノー
ル、p−メトキシフェノール、0−フルオロフェノール
、m−フルオロフェノール、p−フルオロフェノール、
0−クロロフェノール、m−クロロフェノール、p−ク
ロロフェノール、0−ニトロフェノール、m−ニトロフ
ェノール、p−ニトロフェノール、2,4−キシレノー
ル、2.5−キシレノール、3,4−キシレノール、3
.5−キシレノール等を挙げることができる。また、必
要に応じて、フェノールの水酸基をスルホン酸あるいは
カルボン酸エステルで置換してもよい。エステル化成分
としては、メチル、エチル、プロピル等のアルキル基あ
るいはフェニル、トリル、安息呑酸、ナフチル、ベンジ
ル、クミル、フェネチル等の芳容族環等が挙げられる。 本発明の1,2−キノンジアジド化合物は、アルカリ可
溶性樹脂100重量部に対して、20〜50垂口部が好
ましい。この範囲内においては、露光部と未露光部の現
像液に対する溶解度差が十分にとれ、感度、解像度の優
れたパターンが得られる。 本発明のポジ型フォトレジスト材料は、アルカリ可溶性
樹脂及び1,2−キノンジアジド化合物を固形分が20
〜40重量部になるように適当な溶剤に溶解してf’7
られる。溶剤としては、例えば、エチレングリコールモ
ノアルキルエーテル及びそのアセテート類、プロピレン
グリコールモノアルキルエーテル及びそのアセテート類
、ジエチレングリコールジアルキルエーテル類、メチル
エチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エ
チル、酢酸ブチル等の酢酸エステル類、トルエン、キシ
レン等の芳呑族炭化水素類、ジメチルアセトアミド、ジ
メチルホルムアミド等が挙げられる。 これらの溶剤は単独あるいは2種以上混合して用いるこ
とができる。また、本発明以外の他の感光剤をOL用す
ることもできる。さらに、必要に応じて、ナ酊性を改良
するために、ノニオン系、フッ素系、シリコン系等の界
面活性剤を添加することができ、他の増感剤、容色剤、
安定剤等、相溶性のある添加物も配合することができる
。 [作用] 本発明のアルカリ可溶性樹脂及び1.2−キノンジアジ
ド化合物からなるポジ型フォトレジスト材料は、紫外線
、遠紫外線、電子線、X線等によるレジストパターン形
成のために用いることができ、感度、解像度、耐熱性及
びプロセス安定性に優れている。 本発明のポジ型フォトレジスト材料を用いて放射線によ
るレジストパターンを形成する際の使用法には格別の限
定はなく慣用の方法に従って行うことができる。 例えば、本発明のポジ型フォトレジスト溶液は、アルカ
リ可溶性樹脂、1,2−キノンジアジド化合物及び添加
物を溶剤に溶解し、0.2μmのフィルターで濾過する
ことにより調整される。し、シスト溶液をシリコンウェ
ハー等の基板上にスピンコードし、ブレベークすること
によってレジスト膜が得られる。その後、縮小投影露光
装置、電子線露光装置等で露光を行い、現像することに
よってレジストパターンを形成できる。また、露光後に
ウェハーの熱処理を行ってもよい。 現像液としては、−例として、テトラメチルアンモニウ
ムヒドロキシド、コリン等の4級アンモニウム塩、アミ
ン類等の有機アルカリ水溶液あるいは水酸化ナトリウム
、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア水等の
無機アルカリ水溶液を用いることができる。塗布、ブレ
ベーク、露光、現像等その他の手法は常法に従うことが
できる。 [実施例] 以下、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本
発明はこれらに限定されるものではない。 合成例1 300jIj の3ツロフラスコに、2,3.4゜4゛
−テトラヒドロキシベンゾフェノン4.9g及びプロピ
オン酸クロリド0.9gをジオキサン50g中に溶解し
、室温で、攪拌しな、がらトリエチルアミン1.1gの
ジオキサン溶液50dを30分間で滴下した。その後、
1.2−ナフトキノンジアジド−5−スルホニルクロリ
ド18.8gとジオキサン50gとの溶液を30分間で
滴下した後、トリエチルアミン7.8gのジオキサン溶
液50rR1を30分間で滴下した。その後、3時間反
応を継続した。反応後、トリエチルアミン塩酸塩を′a
過した後、濾液を多量のイオン交換水中に注入して、2
,3.4.4−−テトラヒドロキシベンゾフェノンのエ
ステル化合物を析出させた。 これを濾過し、イオン交換水、エタノールで順次洗浄を
行った後、乾燥して粉末20.ogを得た。 元素分析値は、C55,1%、H2,6%、N8.9%
、510.0%であった。 合成例2 合成例1に従って、2,3.4.4”−テトラヒドロキ
シベンゾフェノン4.9gをエトキシ酢酸クロリド1.
2gにてエステル化した後、1゜2−ナフトキノンジア
ジド−5−スルホニルクロリド18.8gにてエステル
化し、乾燥後の重量が19.3gである粉末を得た。元
素分析値は、C54,8%、H2,7%、N8.8%、
S9,8%であった。 合成例3 合成例1に従って、2.3.4.4=−テトラヒドロキ
シベンゾフェノン4.9gをp−安息香酸スルホニルク
ロリド1.3gにてエステル化した後、1,2−ナフト
キノンジアジド−5−スルホニルクロリド19.9gに
てエステル化し、乾燥後の重量が19.5gである粉末
を得た。元素分11?値は、C54,3%、H2,4%
、N9,1%、310.796であった。 合成例4 合成例1に従って、2,3,4.2− 4″ペンタヒド
ロキシベンゾフエノン5.0gをエトキシ酢酸クロリド
1.2gにてエステル化した後、1.2−ナフトキノン
ジアジド−5−スルホニルクロリド23.Ogにてエス
テル化し、乾燥後の重量が22.3gである粉末を得た
。元素分析値は、C53,4%、H2,6%、N9.5
%、510.4o6であった。 合成−15 合成vr1iに従ッテ、2,3,4.4−−テトラヒド
ロキシベンゾフェノン5.Ogを1.2−ナフトキノン
ジアジド−5−スルホニルクロリド13.6gにてエス
テル化し、乾燥後の重量が15.5gである粉末を得た
。元素分析値は、C54,8%、H2,6%、N8.5
%、89.4%であった。 合成例6 300m1  の4ツロフラスコに0−クレゾール30
 g s m−クレゾール50g5p−クレゾール50
g1蓚酸2水和物1.75g、37%ホルマリン水溶液
86gを添加した。窒素雰囲気下、攪拌しなから油浴に
浸し、内温か100℃になるまで昇温した。内温を10
0℃に保持しながら60分間反応を継続した。その後、
外温を180℃にまで上昇させ、減圧下にて1時間脱水
、脱モノマーを行った。冷却後、溶解〜沈澱を繰返し、
乾燥を行うことによって、ノボラック樹脂粉末120g
を得た。 ノボラック樹脂の重量平均分子量は、G P Cil#
J定の結果、ポリスチレン換算で、8900であった。 また、分散度(重量平均分子量/数平均分子m>は4.
85であった。 実施例1 合成例1で得た1、2−キノンジアジド化合物2、Og
と合成例6で得たノボラック樹脂9.Ogとをエチレン
グリコールモノエチルエーテルアセテート25gに溶解
し、082μmのメンブランフィルターにて一過を行い
、レジスト溶液とした。レジスト溶液をスピナーを用い
て、4インチシリコンウェハー上に回転塗布し、80℃
、90秒間ホットプレート上にてブレベークを行い、1
.5μm厚のレジスト皮膜を得た。次に、縮小投影露光
装置(GCA製、DSW−6300A。 N、 A、−0,35)を用いて、レチクルを通して露
光した。露光後、100℃、90秒間ホットプレート上
で加熱し、次に現像を行った。現像液として、テトラメ
チルアンモニウムヒドロキシド2.38重量96水溶液
を用いて、25℃、1分間浸漬現象を行った。 1.0μmライン/スペースを1対1に解像する露光量
は255 m J / c m 2であった。 また、0.65μmライン/スペースにおいてbs 2
55mJ/crn”?’1対1のパターンカ解像でき、
マスク忠実性も良好であった。 解像度に関しては、0.6μmライン/スペースが解像
でき、矩形状のパターンであった。 次に、2μmライン/スペースのレジストパターンをそ
れぞれ120.125.130.135.140.14
5.150℃の各温度で5分間、ホットプレート上にて
ベークを行い、パターンの変形の自°無によって耐熱性
を評価した。その結果、耐熱性は135℃であった。 実施例2 縮小投影露光装置として、DSW−6300AをN、A
、−0,40のレンズを有したi線縮小投影露光装置に
換えた以外は、実施例1に従って、露光試験を行った。 その結果、1.0μmライン/スペースを1対1に解像
する露光量は270mJ/crn2であった。解像度に
関しては、0.5μmライン/スペースが解像でき、矩
形状のパターンであった。 実施例3 合成例2で得た1、2−キノンジアジド化合物において
、実施例1に従って、g線での露光試験、耐熱性試験を
行った。 その結果、1.0μmライン/スペースを1対1に解像
する露光量は213 m J / c m 2であった
。解像度に関しては、0.55μmライン/スペースが
解像できた。耐熱性は135℃であった。 同様に、実施例2に従って、i線での露光試験を行った
。 その結果、1.0μmライン/スペースを1対lに解像
する露光量は230 m J / c m ’であった
。解「象度に関しては、0.5μmライン/スペースが
解像でき、矩形状のパターンであった。 実施例4 合成例3で得た1、2−キノンジアジド化合物において
、実施例1に従って、g線での露光試験、耐熱性試験を
行った。 その結果、1.0μmライン/スペースを1対1に解像
する露光量は165 m J / c m 2であっl
=。解像度に関しては、0.60μmライン/スペース
が解像でき、矩形状のパターンであった。 耐熱性は140℃であった。 同様に、実施例2に従って、1線での露光試験を行った
。 その結果、1.0μmライン/スペースを1対1に解像
する露光量は180 m J / c m 2であった
。解像度に関しては、0.5μmライン/スペースが解
像でき、矩形状のパターンであった。 実施例5 合成例4でjすた1、2−キノンジアジド化合物におい
て、実施例1に従って、g線での露光試験、耐熱性試験
を行った。 その結果、1.0μmライン/スペースを1対1に解像
する露光量は270mJ/cm2であった。解像度に関
しては、0.6μmライン/スペースが解像でき、矩形
状のパターンであった。耐熱性は140℃であった。 同様に、実施例2に従って、i線での露光試験を行った
。 その結果、1.0μmライン/スペースを1対1に解像
する露光量は300 m J / c m ”であった
。解像度に関しては、0.5μmライン/スペースが解
像でき、矩形状のパターンであった。 比較例 合成例5で得た1、2−キノンジアジド化合物において
、実施例2に従って、i線での露光試験を行った。 その結果、1,0μmライン/スペースを1対1に解像
する露光量は230 m J / c m 2であった
が、解像度に関しては、0.55μmライン/スペース
のパターン形状が台形状であった。 以Fは本発明の実施の態様の要約である。 (1)核に置換基としての水産基を持たず、かつ核に置
換された酸素原子に1,2−キノンアジド基を含まない
基を持つことのある1、一般式(I)で表イ〕される化
合物を含んでなるポジ型フォトレジスト用感光剤。 (2)核に置換された酸素原子の一部は1.2−キノン
ジアジド基を含まない基を持ち、それ以外の咳に置換さ
れた酸素原子は1.2−キノンジアジド基を含む基を持
つ上記実施の態様(1)のポジ型フォトレジスト用感光
剤。 (3)一般式(I)のXがカルボニル基である上記実施
の態様(2)のポジ型フすトレジスト用感光剤。(4)
核に置換された酸素原子と結合された、1.2−キノン
ジアジド基を含まない基の数と1.2−キノンジアジド
を含む基の数の比が0.1:99.9〜50 : 50
である上記実施の態様(2)又は(3)のポジ型フォト
レジスト用感光剤。 C発明の効果] 本発明の1,2−キノンジアジド化合物及びアルカリ可
溶性樹脂からなるポジ型フォトレジスト組成物は、1.
2−キノンジアジド化合物中の水酸基金てが置換されて
いるフェノール性化合物からなるため、感度、解像度、
耐熱性、パターン形状に優れ、特に、i線に対する吸収
が非常に小さいために、g線、i線ともに優れた性能を
発揮できる。特に、一部感光成分でない置換基により置
換されている場合には、レジスト特性が一段と向上する
。従って、超LSI等の半導体集積回路素子の製造に好
適である。
As a result of extensive research based on this background, the present inventors have found that when all hydroxyl groups of a phenolic compound are replaced as a photosensitizer, the absorption of the i-line is lowered and the resist properties for the i-line are improved. It has been found that the photosensitive agent can be applied to G-line as well, and has high sensitivity, high resolution, and high process stability. In particular, the inventors have found that when some of the substituents are not photosensitive components, the solubility in a developing solution is improved and the resist properties are dramatically improved, leading to the completion of the present invention. Furthermore, it has been found that when some of the substituents are not photosensitive components, the storage stability of the resist solution is also improved. That is, the present invention provides at least 2 of general formula (1) % formula % Δ7 , A, , Ag and All+
each is independently a group represented by 10-D (where D is R
, COR or -So, R ((R represents an alkyl group, aralkyl group or aryl group which may have a substituent)) or a 1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonyl group, 1゜2 -naphthoquinonediazide-5-sulfonyl group or 1,2-benzoquinonediazide-4-sulfonyl group), and the remainder is a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, respectively. AI (, at least one of which is a group containing a quinonediazide group, X is a single bond, -
co--coo--s--5o- -SO□-(CH2) -C(CH3)2 -C(CFi)2--NH- or (CO)NH(CH2) NH(Co) group (n is a number represented by 1 or 2)] A photosensitizer for positive photoresists is provided. Furthermore, the present invention provides a positive photoresist composition comprising the photosensitive agent for positive photoresists and an alkali-soluble resin, and a pattern forming method using the positive photoresist composition. Note that AI, A2, and AI in general formula (I). A4, As, Ab, A? , A8 , A9, Alo
Examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, etc., and halogens include chlorine, fluorine,
Examples include bromine. Examples of the alkyl group of R include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, etc., examples of the aryl group include phenyl group, naphthyl group, etc., and examples of the aralkyl group include benzyl group, phenethyl group, cumyl group, etc. Can be done. Examples of substituted alkyl groups include fluorine-substituted alkyl groups and alkoxyalkyl groups, and examples of substituted aryl groups include alkyl-substituted phenyl groups such as tolyl and ethylphenyl, fluorine-substituted phenyl groups, and benzoic acid. The method for synthesizing the 1,2-quinonediazide compound represented by general formula (1) in the present invention is not particularly limited, but it can be synthesized, for example, by the following method. The following general formula (n) [However, B, Bz, B3, B4, BS, B6, B
At least two of y, Bs, Bq and B1° are hydroxyl groups, and the remainder each represent a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X is a single bond, -CO-
-COO--9- -S O-S O2--(CH2) NH--C(CH))z -C(CFi)2- or (Co)NH(CH2), NH(,CO) 2
1.2-
naphthoquinonediazide-4-sulfonyl chloride, 1,
The rest is esterified with 2-naphthoquinonediazide-5-sulfonyl chloride or 1°2-benzoquinonediazide-4-sulfonyl chloride in the presence of a base such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, alkali carbonate, triethylamine, or pyridine. It can be synthesized by Furthermore, when esterifying with a substituent other than a photosensitive group, the desired product can be obtained even if the esterification is performed simultaneously with a 1,2-quinonediazide group. The alkali-soluble resin of the present invention includes 1 and 2 of the present invention.
- There is no particular limitation as long as the resin dissolves uniformly in the quinonediazide compound, but examples include the following. Examples include novolak resins such as phenol and cresol, polyvinylphenol or copolymers thereof, and polymers containing carboxylic acids such as styrene-maleic anhydride copolymers or half esters thereof. Particularly preferred is a novolac resin, which can be synthesized by the following method. Synthesized by polycondensing the corresponding monomer and aldehydes such as formaldehyde, paraformaldehyde, and acetaldehyde in the presence of an acidic catalyst such as formic acid, oxalic acid, acetic acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, and Lewis acid according to a known method. can. The weight average molecular weight of the resin is 2000 to 3000
0 (polystyrene equivalent) is preferred. Within this range, sensitivity, resolution, heat resistance, and process stability are excellent. Further, as monomers used in the novolac resin that can be used in the present invention, for example, the following phenols can be used alone or in a mixture of two or more. Phenols include phenol, 0-cresol, m-cresol, p-cresol, 0-ethylphenol, m-ethylphenol, p-ethylphenol,
o-n-butylphenol, m-n-butylphenol, p-n-butylphenol, o-t-butylphenol, m-t-butylphenol, p-t-butylphenol, 0-methoxyphenol, m-methoxyphenol, p-methoxyphenol , 0-fluorophenol, m-fluorophenol, p-fluorophenol,
0-chlorophenol, m-chlorophenol, p-chlorophenol, 0-nitrophenol, m-nitrophenol, p-nitrophenol, 2,4-xylenol, 2.5-xylenol, 3,4-xylenol, 3
.. Examples include 5-xylenol. Furthermore, if necessary, the hydroxyl group of the phenol may be substituted with a sulfonic acid or a carboxylic acid ester. Examples of the esterification component include alkyl groups such as methyl, ethyl, and propyl, and aromatic rings such as phenyl, tolyl, benzoic acid, naphthyl, benzyl, cumyl, and phenethyl. The 1,2-quinonediazide compound of the present invention is preferably used in an amount of 20 to 50 parts per 100 parts by weight of the alkali-soluble resin. Within this range, a sufficient difference in solubility in the developer between exposed and unexposed areas can be obtained, and a pattern with excellent sensitivity and resolution can be obtained. The positive photoresist material of the present invention contains an alkali-soluble resin and a 1,2-quinonediazide compound in a solid content of 20%.
Dissolve f'7 in an appropriate solvent to make ~40 parts by weight.
It will be done. Examples of the solvent include ethylene glycol monoalkyl ether and its acetates, propylene glycol monoalkyl ether and its acetates, diethylene glycol dialkyl ethers, ketones such as methyl ethyl ketone and cyclohexanone, acetic acid esters such as ethyl acetate and butyl acetate, Examples include aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, dimethylacetamide, and dimethylformamide. These solvents can be used alone or in combination of two or more. Moreover, other photosensitizers than those of the present invention can also be used for OL. Furthermore, if necessary, nonionic, fluorine-based, silicone-based surfactants, etc. can be added in order to improve the solubility, and other sensitizers, color toners,
Compatible additives such as stabilizers can also be blended. [Function] The positive photoresist material comprising the alkali-soluble resin and 1,2-quinonediazide compound of the present invention can be used for resist pattern formation using ultraviolet rays, deep ultraviolet rays, electron beams, X-rays, etc., and has excellent sensitivity, Excellent resolution, heat resistance and process stability. There are no particular limitations on how to use the positive photoresist material of the present invention to form a resist pattern using radiation, and the method can be carried out in accordance with a conventional method. For example, the positive photoresist solution of the present invention is prepared by dissolving an alkali-soluble resin, a 1,2-quinonediazide compound, and additives in a solvent, and filtering the solution through a 0.2 μm filter. Then, a resist film is obtained by spin-coding the cyst solution onto a substrate such as a silicon wafer and bre-baking. Thereafter, a resist pattern can be formed by performing exposure using a reduction projection exposure device, an electron beam exposure device, or the like, and developing. Further, the wafer may be subjected to heat treatment after exposure. As a developer, for example, an organic alkali aqueous solution such as a quaternary ammonium salt such as tetramethylammonium hydroxide, choline, amines, or an inorganic alkali aqueous solution such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, or aqueous ammonia is used. Can be used. Other methods such as coating, blebake, exposure, development, etc. can be carried out by conventional methods. [Examples] Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. Synthesis Example 1 4.9 g of 2,3.4゜4゛-tetrahydroxybenzophenone and 0.9 g of propionic acid chloride were dissolved in 50 g of dioxane in a 300-Ij 3-tube flask, and 1.1 g of triethylamine was dissolved at room temperature while stirring. 50 d of 1 g of dioxane solution was added dropwise over 30 minutes. after that,
A solution of 18.8 g of 1.2-naphthoquinonediazide-5-sulfonyl chloride and 50 g of dioxane was added dropwise over 30 minutes, and then a dioxane solution of 50rR1 containing 7.8 g of triethylamine was added dropwise over 30 minutes. Thereafter, the reaction was continued for 3 hours. After the reaction, triethylamine hydrochloride is
After filtration, the filtrate was poured into a large amount of ion-exchanged water, and 2
, 3.4. An ester compound of 4-tetrahydroxybenzophenone was precipitated. This is filtered, washed sequentially with ion-exchanged water and ethanol, and then dried to a powder of 20. I got og. Elemental analysis values are C55.1%, H2.6%, N8.9%
, 510.0%. Synthesis Example 2 According to Synthesis Example 1, 4.9 g of 2,3.4.4''-tetrahydroxybenzophenone was mixed with 1.9 g of ethoxyacetic acid chloride.
After esterification with 2 g, esterification was performed with 18.8 g of 1°2-naphthoquinonediazide-5-sulfonyl chloride to obtain a powder weighing 19.3 g after drying. Elemental analysis values are C54.8%, H2.7%, N8.8%,
S was 9.8%. Synthesis Example 3 According to Synthesis Example 1, 4.9 g of 2.3.4.4=-tetrahydroxybenzophenone was esterified with 1.3 g of p-benzoic acid sulfonyl chloride, and then 1,2-naphthoquinonediazide-5-sulfonyl Esterification was performed with 19.9 g of chloride to obtain a powder weighing 19.5 g after drying. Element 11? Values are C54, 3%, H2, 4%
, N9.1%, 310.796. Synthesis Example 4 According to Synthesis Example 1, 5.0 g of 2,3,4.2-4'' pentahydroxybenzophenone was esterified with 1.2 g of ethoxyacetic acid chloride, and then 1,2-naphthoquinonediazide-5-sulfonyl It was esterified with 23.0 g of chloride to obtain a powder weighing 22.3 g after drying.The elemental analysis values were: C53.4%, H2.6%, N9.5
%, 510.4o6. Synthesis-15 According to synthesis vr1i, 2,3,4.4-tetrahydroxybenzophenone 5. Og was esterified with 13.6 g of 1,2-naphthoquinonediazide-5-sulfonyl chloride to obtain a powder weighing 15.5 g after drying. Elemental analysis values are C54.8%, H2.6%, N8.5
%, 89.4%. Synthesis Example 6 0-Cresol 30 in a 300ml 4 flask
g s m-cresol 50g5p-cresol 50
g1 1.75 g of oxalic acid dihydrate and 86 g of a 37% formalin aqueous solution were added. Under a nitrogen atmosphere, the mixture was immersed in an oil bath without stirring, and the temperature was raised to an internal temperature of 100°C. Internal temperature 10
The reaction was continued for 60 minutes while maintaining the temperature at 0°C. after that,
The external temperature was raised to 180°C, and dehydration and monomer removal were performed under reduced pressure for 1 hour. After cooling, repeat the process of dissolution and precipitation.
By drying, 120g of novolak resin powder
I got it. The weight average molecular weight of novolac resin is G P Cil#
The J constant was 8900 in terms of polystyrene. Further, the degree of dispersion (weight average molecular weight/number average molecular m>) is 4.
It was 85. Example 1 1,2-quinonediazide compound 2 obtained in Synthesis Example 1, Og
and the novolak resin obtained in Synthesis Example 69. The solution was dissolved in 25 g of ethylene glycol monoethyl ether acetate and passed through a 082 μm membrane filter to obtain a resist solution. The resist solution was spin-coated onto a 4-inch silicon wafer using a spinner and heated to 80°C.
, Brebake on a hot plate for 90 seconds, 1
.. A resist film with a thickness of 5 μm was obtained. Next, exposure was performed through the reticle using a reduction projection exposure apparatus (manufactured by GCA, DSW-6300A, N, A, -0,35). After exposure, it was heated on a hot plate at 100° C. for 90 seconds, and then developed. An immersion phenomenon was performed at 25° C. for 1 minute using a 2.38 weight 96 aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide as a developer. The exposure dose for one-to-one resolution of 1.0 μm lines/spaces was 255 mJ/cm2. Also, bs 2 in 0.65 μm line/space
55mJ/crn"?'1:1 pattern resolution,
Mask fidelity was also good. Regarding the resolution, a 0.6 μm line/space could be resolved, and the pattern was rectangular. Next, resist patterns of 2 μm lines/spaces are respectively 120.125.130.135.140.14.
5. Baking was performed on a hot plate at each temperature of 150° C. for 5 minutes, and heat resistance was evaluated based on whether the pattern was deformed or not. As a result, the heat resistance was 135°C. Example 2 DSW-6300A is used as a reduction projection exposure apparatus.
An exposure test was carried out in accordance with Example 1, except that the exposure apparatus was replaced with an i-line reduction projection exposure apparatus having a lens of -0.40. As a result, the exposure amount for resolving 1.0 μm line/space one to one was 270 mJ/crn2. Regarding the resolution, a 0.5 μm line/space could be resolved, and the pattern was rectangular. Example 3 The 1,2-quinonediazide compound obtained in Synthesis Example 2 was subjected to a g-line exposure test and a heat resistance test according to Example 1. As a result, the exposure dose for resolving 1.0 μm line/space one-to-one was 213 mJ/cm2. Regarding resolution, 0.55 μm lines/spaces could be resolved. Heat resistance was 135°C. Similarly, according to Example 2, an i-line exposure test was conducted. As a result, the exposure dose for resolving 1.0 μm line/space at a ratio of 1:1 was 230 mJ/cm′. Regarding the quadrature, 0.5 μm lines/spaces could be resolved, and the pattern was rectangular. Example 4 In the 1,2-quinonediazide compound obtained in Synthesis Example 3, g-line We conducted an exposure test and a heat resistance test at
=. Regarding the resolution, a 0.60 μm line/space could be resolved, and the pattern was rectangular. Heat resistance was 140°C. Similarly, according to Example 2, a one-line exposure test was conducted. As a result, the exposure dose for resolving 1.0 μm line/space one-to-one was 180 mJ/cm2. Regarding the resolution, a 0.5 μm line/space could be resolved, and the pattern was rectangular. Example 5 The j-star 1,2-quinonediazide compound in Synthesis Example 4 was subjected to a g-line exposure test and a heat resistance test in accordance with Example 1. As a result, the exposure amount for resolving 1.0 μm line/space one to one was 270 mJ/cm 2 . Regarding the resolution, a 0.6 μm line/space could be resolved, and the pattern was rectangular. Heat resistance was 140°C. Similarly, according to Example 2, an i-line exposure test was conducted. As a result, the exposure dose for resolving 1.0 μm lines/spaces on a one-to-one basis was 300 mJ/cm''.As for the resolution, 0.5 μm lines/spaces could be resolved, and a rectangular pattern Comparative Example The 1,2-quinonediazide compound obtained in Synthesis Example 5 was subjected to an i-line exposure test according to Example 2. As a result, 1,0 μm line/space was resolved on a one-to-one basis. The exposure dose for imaging was 230 mJ/cm2, but regarding the resolution, the pattern shape of 0.55 μm line/space was trapezoidal.The following is a summary of embodiments of the present invention. (1) 1, which does not have aquatic group as a substituent in the nucleus and may have a group not containing a 1,2-quinone azide group in the oxygen atom substituted in the nucleus, ] A photosensitizer for positive photoresists comprising a compound that is The photosensitizer for positive photoresists according to the above embodiment (1), in which the oxygen atom has a group containing a 1,2-quinonediazide group. (3) The above embodiment, in which X in the general formula (I) is a carbonyl group. (2) Photosensitive agent for positive photoresist. (4)
The ratio of the number of groups not containing a 1.2-quinonediazide group and the number of groups containing a 1.2-quinonediazide group bonded to an oxygen atom substituted in the nucleus is 0.1:99.9 to 50:50.
The photosensitizer for positive photoresists according to the embodiment (2) or (3) above. C. Effects of the Invention] The positive photoresist composition comprising the 1,2-quinonediazide compound and the alkali-soluble resin of the present invention has the following effects:1.
Since the 2-quinonediazide compound is composed of a phenolic compound in which the hydroxyl group is substituted, sensitivity, resolution,
It has excellent heat resistance and pattern shape, and in particular, has very low absorption of i-line, so it can exhibit excellent performance for both g-line and i-line. In particular, when the photosensitive component is partially substituted with a substituent that is not a photosensitive component, the resist properties are further improved. Therefore, it is suitable for manufacturing semiconductor integrated circuit elements such as VLSI.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)一般式( I ) ▲数式、化学式、表等があります▼( I ) [但し、A_1、A_2、A_3、A_4、A_5、A
_6、A_7、A_8、A_9及びA_1_0のうち少
なくとも2個は各々独立に−O−Dで表わされる基(但
しDはR、CORもしくは−SO_2Rで表わされる基
((Rは置換基を有することのあるアルキル基、アラル
キル基又はアリール基を表わす))又は1、2−ナフト
キノンジアジド−4−スルホニル基、1、2−ナフトキ
ノンジアジド−5−スルホニル基もしくは1、2−ベン
ゾキノンジアジド−4−スルホニル基を示す)であり、
残余はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子又は炭素数1〜
4のアルキル基であるが、A_1ないしA_1_0のう
ち少なくとも一個はキノンジアジド基を含む基であり、
Xは単結合、−CO−、−COO−、−S−、−SO−
、−SO_2−、−(CH_2)_n−、 −C(CH_3)_2−、−C(CF_3)_2−、−
NH−又は −(CO)NH(CH_2)、NH(CO)−で示され
る基(nは1または2で表わされる数である)]で表わ
される化合物からなるポジ型フォトレジスト用感光剤。
(1) General formula (I) ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼(I) [However, A_1, A_2, A_3, A_4, A_5, A
At least two of _6, A_7, A_8, A_9 and A_1_0 are each independently a group represented by -OD (however, D is a group represented by R, COR or -SO_2R ((R is a group having a substituent) 1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonyl group, 1,2-naphthoquinonediazide-5-sulfonyl group or 1,2-benzoquinonediazide-4-sulfonyl group) ), and
The remainder each has a hydrogen atom, a halogen atom, or a carbon number of 1 to
4, at least one of A_1 to A_1_0 is a group containing a quinonediazide group,
X is a single bond, -CO-, -COO-, -S-, -SO-
, -SO_2-, -(CH_2)_n-, -C(CH_3)_2-, -C(CF_3)_2-, -
A photosensitizer for positive photoresists comprising a compound represented by a group represented by NH- or -(CO)NH(CH_2), NH(CO)- (n is a number represented by 1 or 2).
(2)請求項第1項のポジ型フォトレジスト用感光剤及
びアルカリ可溶性樹脂を含んでなるポジ型フォトレジス
ト組成物。
(2) A positive photoresist composition comprising the photosensitizer for positive photoresists according to claim 1 and an alkali-soluble resin.
(3)請求項第2項のポジ型フォトレジスト組成物を用
いるパターン形成方法。
(3) A pattern forming method using the positive photoresist composition according to claim 2.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02245754A (en) * 1989-03-17 1990-10-01 Sumitomo Chem Co Ltd Positive type resist composition
US5728504A (en) * 1995-05-25 1998-03-17 Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. Positive photoresist compositions and multilayer resist materials using the same

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