JPH07134416A - Radiation sensitive resin composition - Google Patents

Radiation sensitive resin composition

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JPH07134416A
JPH07134416A JP5156429A JP15642993A JPH07134416A JP H07134416 A JPH07134416 A JP H07134416A JP 5156429 A JP5156429 A JP 5156429A JP 15642993 A JP15642993 A JP 15642993A JP H07134416 A JPH07134416 A JP H07134416A
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JP
Japan
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radiation
resist
resin composition
sensitive resin
resin
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Withdrawn
Application number
JP5156429A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Ito
敏雄 伊東
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To attain high sensitivity to radiation and high resolution by incorporating phenolic resin, sulfonic ester and an acid generating agent. CONSTITUTION:This radiation sensitive resin compsn. contains phenolic resin as a 1st component, sulfonic ester as a 2nd component and an acid generating agent as a 3rd component. The acid generating agent is a substance which is decomposed by the action of radiation such as light, electron beams, X-rays or ion beams and generates an acid. The phenolic resin acts as a matrix resin which dissolves in an aq. alkali soln. and the sulfonic ester inhibits the dissolution of the phenolic resin in the soln. This sulfonic ester forms naphthalene-2- sulfonic acid by a reaction with an acid catalyst and accelerates the dissolution of the alkali-soluble matrix resin. As a result, a significant difference in the velocity of dissolution is produced between the exposed and unexposed parts of a resist using this resin compsn.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の製造に
用いられるレジストの構成材料として使用可能で、か
つ、光電子ビーム、X線及びイオンビームといった放射
線に感応する新規な放射線感応性樹脂組成物に関するも
のである。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a novel radiation-sensitive resin composition which can be used as a constituent material of a resist used for manufacturing a semiconductor device and is sensitive to radiation such as photoelectron beam, X-ray and ion beam. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LSIの高集積化にともないサブ
ミクロンオーダーの加工技術が必要になってきている。
このため、例えば、LSIにおけるエッチング工程で
は、高精度でしかも微細な加工が可能なドライエッチン
グ技術が採用されている。
2. Description of the Related Art In recent years, submicron-order processing technology has become necessary with the high integration of LSIs.
For this reason, for example, in the etching process of LSI, a dry etching technique that enables highly precise and fine processing is adopted.

【0003】ここで、ドライエッチング技術とは、加工
すべき基板をレジストで覆い、このレジストを光や電子
線等を用いてパターニングし、得られたパターンをマス
クとして、反応性ガスプラズマにより基板のマスクから
露出している部分をエッチングする技術である。従っ
て、ドライエッチング技術で用いられるレジストは、サ
ブミクロンオーダーの解像力と、十分な反応性ガスプラ
ズマ耐性とを有する材料で構成されることが必要とな
る。
Here, the dry etching technique means that the substrate to be processed is covered with a resist, the resist is patterned by using light or an electron beam, and the obtained pattern is used as a mask to react the substrate with reactive gas plasma. This is a technique for etching the portion exposed from the mask. Therefore, the resist used in the dry etching technique needs to be made of a material having a resolution of submicron order and sufficient resistance to reactive gas plasma.

【0004】現在、ドライエッチング技術に用いるレジ
スト材料として、ジアゾナフトキノン化合物とフェノー
ルノボラック樹脂とで構成されたポジ型フォトレジスト
が広く用いられている。また、露光装置としては水銀ラ
ンプのg線またはi線による縮小投影露光装置が広く用
いられている。しかし、ハーフミクロンまたはそれ以下
の寸法の微細加工を高精度で行う場合、ドライエッチン
グ技術に用いられている現行のリソグラフィ技術を上回
る高い解像力と大きな焦点余裕度とが要求される。この
要求を満たすためには短波長光源を用いた縮小投影露光
法や電子線露光が不可欠となる。そこで、上述の要求を
満たすリソグラフィ技術に適したレジスト材料が種々検
討され、様々なレジスト材料が提案されている。
At present, a positive photoresist composed of a diazonaphthoquinone compound and a phenol novolac resin is widely used as a resist material used in the dry etching technique. Further, as the exposure apparatus, a reduction projection exposure apparatus using a g-line or an i-line of a mercury lamp is widely used. However, when performing fine processing with a size of half micron or less with high accuracy, a high resolution and a large focus margin that are higher than those of the current lithography technology used for dry etching technology are required. In order to meet this requirement, reduction projection exposure method using a short wavelength light source and electron beam exposure are indispensable. Therefore, various resist materials suitable for the lithography technique satisfying the above requirements have been studied, and various resist materials have been proposed.

【0005】例えば、文献1:「特開昭61ー2402
37号公報」には、波長が300nm未満のディープU
V(deepUV)で使用できる平板印刷用レジスト組
成物を用いた技術が開示されている。文献1に開示の技
術によれば、トランス−2−ジアゾデカリン−1,3−
ジオンの様な感光性可溶化剤化好物と、ノボラック樹脂
のようなアルカリ可溶性マトリクスとからなるポジ型レ
ジストの使用によって解像性の向上を図っている。文献
1では、少なくとも150mJ/cm2 の放射光の露光
により、例えば、0.75μmのラインアンドスペース
を印刷している。
For example, Document 1: "Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-2402.
No. 37 gazette, "Deep U with a wavelength of less than 300 nm.
A technique using a resist composition for lithographic printing that can be used in V (deep UV) is disclosed. According to the technique disclosed in Document 1, trans-2-diazodecalin-1,3-
The resolution is improved by using a positive resist composed of a photosensitive solubilizer-like substance such as dione and an alkali-soluble matrix such as novolac resin. In Document 1, a line-and-space of 0.75 μm, for example, is printed by exposure to radiation of at least 150 mJ / cm 2 .

【0006】また、文献2:「特開平1ー201654
号公報」には、放射線感応性ポリマを用いた技術が開示
されている。文献2に開示の技術によれば、ポリ(p−
スチレンスルホン酸)のアセトインエステルがポジ型レ
ジストとして使用することにより、高いレジストコント
ラストが達成できたことが記載されている。文献2で
は、例えば、300mJ/cm2 で0.5μmの解像度
を達成している。
Reference 2: "Japanese Patent Laid-Open No. 1-201654"
Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2004-242242 discloses a technique using a radiation-sensitive polymer. According to the technique disclosed in Document 2, poly (p-
It is described that high resist contrast can be achieved by using acetoin ester of (styrene sulfonic acid) as a positive resist. In Document 2, for example, a resolution of 0.5 μm is achieved at 300 mJ / cm 2 .

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、短波長光源
として水銀ランプのdeepUV領域の光を利用する場
合、その照度が極めて低いので著しく高感度なレジスト
が必要となる。また、短波長光源としてKrFエキシマ
レーザを利用する場合にも、縮小光学系における光強度
の減衰があるため高感度なレジストが要求される。
By the way, when light in the deep UV region of a mercury lamp is used as a short-wavelength light source, the illuminance thereof is extremely low, so that a resist with extremely high sensitivity is required. Further, even when a KrF excimer laser is used as a short wavelength light source, a highly sensitive resist is required due to the attenuation of the light intensity in the reduction optical system.

【0008】また、電子線リソグラフィにおいては、パ
ターン形成方法がフォトリソグラフィとは異なり、ウエ
ハ面を電子ビームにより逐次描画して行くため、レジス
トの感度が高くなければ実用化できない。今後、半導体
装置の集積度がさらに高くなっていく場合、ビームのシ
ョット数も著しく増加することから、レジストの感度に
対する要求は、解像度と共に最も重要な要素となる。
Further, in the electron beam lithography, the pattern forming method is different from the photolithography, and the wafer surface is sequentially drawn by the electron beam, so that it cannot be put to practical use unless the sensitivity of the resist is high. Since the number of beam shots will increase remarkably as the degree of integration of semiconductor devices increases in the future, the requirement for the sensitivity of the resist becomes the most important factor together with the resolution.

【0009】しかしながら、上述した従来の放射線感応
性樹脂組成物では、パターン形成に少なくとも相当の光
露光量または電子露光量を必要とするため、上述のレジ
ストの感度に対する要求に十分に応えることが出来なか
った。また、高集積化に伴い、さらに高解像度の放射線
感応性樹脂組成物が要求されていた。
However, since the above-mentioned conventional radiation-sensitive resin composition requires at least a considerable light exposure amount or electronic exposure amount for pattern formation, it is possible to sufficiently meet the above-mentioned requirement for resist sensitivity. There wasn't. In addition, as the degree of integration increases, a radiation-sensitive resin composition having a higher resolution has been required.

【0010】この発明は、このような点に鑑みてなされ
たものであり、従って、この発明の目的は、放射線に対
して高い感度を有しかつ高い解像度を有する新規な放射
線感応性樹脂組成物を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above points, and therefore, an object of the present invention is to provide a novel radiation-sensitive resin composition having high sensitivity to radiation and high resolution. To provide.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段及び作用】この目的の達成
を図るために、この発明の放射線感応性樹脂組成物によ
れば、第1の成分としてのフェノール樹脂、第2の成分
としてのスルホン酸エステル及び第3の成分としての酸
発生剤を含むことを特徴とする。ここで、酸発生剤と
は、放射線の作用により分解して酸を発生する物質であ
る。また、放射線には、光、電子線、X線及びイオンビ
ームを含む。
In order to achieve this object, according to the radiation-sensitive resin composition of the present invention, a phenol resin as the first component and a sulfonic acid as the second component are used. It is characterized by containing an ester and an acid generator as a third component. Here, the acid generator is a substance that decomposes by the action of radiation to generate an acid. The radiation includes light, electron beam, X-ray and ion beam.

【0012】第1の成分であるフェノール樹脂は、この
発明の放射線感応性樹脂組成物(以下、単に組成物とも
称する)において、アルカリ水溶液に溶解するマトリク
ス樹脂としての役割を果たす。フェノール樹脂として
は、例えば下記の式(1)に示すポリ(ヒドロキシスチ
レン)または下記の式(2)に示すノボラック樹脂を用
いると良い。
The phenolic resin as the first component serves as a matrix resin which is soluble in an aqueous alkaline solution in the radiation-sensitive resin composition of the present invention (hereinafter also simply referred to as composition). As the phenol resin, for example, poly (hydroxystyrene) represented by the following formula (1) or novolac resin represented by the following formula (2) may be used.

【0013】[0013]

【化1】 [Chemical 1]

【0014】第2の成分であるスルホン酸エステルは、
フェノール樹脂のアルカリに対する溶解を抑止する役割
を果たす。このスルホン酸エステル、例えば、ナフタレ
ン−2−スルホン酸t−ブチルは、下記の式(3)に示
す様な酸触媒による反応で、t−ブチル基が離脱してナ
フタレン−2−スルホン酸が生成する。この脱離反応が
容易に進行するのは、ナフタレン−2−スルホン酸から
生成するt−ブチル陽イオンが安定であるためである。
このような作用を行うスルホン酸エステルは、下記の式
(イ)〜(ハ)に示す3級アルキル基エステルが適する
が、このほかにも、下記の式(ニ)〜(ヘ)に示す各種
のα−アルキルアリールメチル基エステル、下記の式
(ト)〜(リ)に示す各種のα,α−ジアルキルアリー
ルメチル基エーテル、または、下記の式(ヌ)〜(ヲ)
に示す各種のα−アルキル−α−アリールアリルメチル
基エステルを用いても良い。
The second component, sulfonic acid ester, is
It plays a role in suppressing the dissolution of phenolic resin in alkali. This sulfonic acid ester, for example, t-butyl naphthalene-2-sulfonate is reacted with an acid catalyst as shown in the following formula (3) to remove the t-butyl group to produce naphthalene-2-sulfonic acid. To do. This elimination reaction proceeds easily because the t-butyl cation produced from naphthalene-2-sulfonic acid is stable.
As the sulfonic acid ester having such an action, a tertiary alkyl group ester represented by the following formulas (a) to (c) is suitable, but in addition to this, various tertiary alkyl group esters represented by the following formulas (d) to (f) Α-alkylarylmethyl group ester of, various α, α-dialkylarylmethyl group ethers represented by the following formulas (to) to (i), or the following formulas (nu) to (wo)
Various α-alkyl-α-arylallylmethyl group esters shown in 1 may be used.

【0015】[0015]

【化2】 [Chemical 2]

【0016】[0016]

【化3】 [Chemical 3]

【0017】脱離反応で生成したナフタレン−2−スル
ホン酸は、有機強酸であり、アルカリ可溶性マトリクス
樹脂の溶解を促進する。アルカリ可溶性マトリクス樹脂
のフェノール性水酸基は極弱い酸性しか示さないが、有
機強酸が生成されることにより、フェノール樹脂のアル
カリ可溶性(溶解速度)が著しく増大する。この発明の
組成物を用いたレジストの露光部と未露光部との間で大
きな溶解速度差が生じる。従って、この発明の組成物
は、より高い解像度のレジストとなる。
The naphthalene-2-sulfonic acid produced by the elimination reaction is a strong organic acid and promotes the dissolution of the alkali-soluble matrix resin. The phenolic hydroxyl group of the alkali-soluble matrix resin exhibits only extremely weak acidity, but the alkali-soluble (dissolution rate) of the phenol resin is remarkably increased by the formation of the strong organic acid. A large difference in dissolution rate occurs between the exposed and unexposed areas of the resist using the composition of the present invention. Therefore, the composition of the present invention provides a higher resolution resist.

【0018】ここで、図1に、この発明の放射線感応性
樹脂組成物に用いるフェノール樹脂及びこれを用いたレ
ジストのアルカリ溶解速度の比較図を示す。図1では、
水酸基が保護されていない状態のフェノール樹脂の溶解
速度を(a)、このようなフェノール樹脂を用いたレジ
ストの未露光部分の溶解速度を(b)及び露光部分の溶
解速度を(c)でそれぞれ相対的に示している。
Here, FIG. 1 shows a comparison diagram of the alkali dissolution rate of the phenol resin used in the radiation-sensitive resin composition of the present invention and the resist using the same. In Figure 1,
The dissolution rate of the phenol resin in the state where the hydroxyl group is not protected is (a), the dissolution rate of the unexposed portion of the resist using such a phenol resin is (b) and the dissolution rate of the exposed portion is (c), respectively. It shows relatively.

【0019】溶解抑止剤であるスルホン酸エステルの分
解反応により生成したナフタレン−2−スルホン酸は有
機強酸である。このため、生成したナフタレン−2−ス
ルホン酸は、下記の式(4)に示すように、分解反応の
触媒となってさらにスルホン酸エステルを分解する。こ
のように、溶解抑止剤の分解反応は、分解反応の触媒と
なる酸の増殖反応でもある。従って、僅かな照射量の放
射線により架橋反応を起こすことができるので、この発
明の組成物は極めて高感度のポジ型レジストとなる。
The naphthalene-2-sulfonic acid produced by the decomposition reaction of the sulfonic acid ester which is a dissolution inhibitor is a strong organic acid. Therefore, the generated naphthalene-2-sulfonic acid serves as a catalyst for the decomposition reaction and further decomposes the sulfonic acid ester, as shown in the following formula (4). As described above, the decomposition reaction of the dissolution inhibitor is also a growth reaction of an acid that serves as a catalyst for the decomposition reaction. Therefore, since the crosslinking reaction can be caused by a small amount of radiation, the composition of the present invention becomes a highly sensitive positive resist.

【0020】[0020]

【化4】 [Chemical 4]

【0021】また、この発明の組成物のフェノール樹脂
として、その水酸基が部分的に保護されたフェノール樹
脂を用いることもできる。このようなフェノール樹脂と
しては例えば、下記の式(5)に示す、ポリ(ヒドロキ
シスチレン)のt−ブトキシカーボネート、または、下
記の式(6)に示す、ノボラック樹脂のt−ブトキシカ
ーボネートを用いても良い。水酸基が保護されたフェノ
ールはアルカリ可溶性が大きく低下する。一方、このよ
うなフェノール樹脂は、保護基が脱離した状態ではフェ
ノールはアルカリ水溶液に溶解するので、潜在性アルカ
リ可溶性樹脂ということができる。
As the phenolic resin of the composition of the present invention, a phenolic resin whose hydroxyl groups are partially protected can be used. As such a phenol resin, for example, t-butoxycarbonate of poly (hydroxystyrene) represented by the following formula (5) or t-butoxycarbonate of novolak resin represented by the following formula (6) is used. Is also good. Phenol having a protected hydroxyl group has a large decrease in alkali solubility. On the other hand, such a phenol resin can be called a latent alkali-soluble resin because phenol dissolves in an alkaline aqueous solution in the state where the protective group is removed.

【0022】[0022]

【化5】 [Chemical 5]

【0023】水酸基が保護されたフェノール樹脂を用い
たレジストに放射線の照射を照射した場合、酸発生剤及
びスルホン酸エステルからそれぞれ発生した酸は、さら
にスルホン酸エステルを分解するだけではなく、下記の
式(7)に示すように、フェノール樹脂の保護基も脱離
させる。従って、酸の発生、溶解抑止剤の分解及び保護
基の脱離の効果により、フェノール樹脂のアルカリ溶解
性(溶解速度)は著しく増大する。その結果、水酸基が
保護されていないフェノールを用いた場合よりも、露光
部と未露光部との間で大きな溶解速度差が生じる。従っ
て、この発明の、水酸基が部分的の保護されたフェノー
ルを用いた組成物は、より高い解像度のレジストとな
る。
When a resist using a phenolic resin whose hydroxyl group is protected is irradiated with radiation, the acids generated from the acid generator and the sulfonate ester not only decompose the sulfonate ester, but also As shown in formula (7), the protective group of the phenol resin is also eliminated. Therefore, the alkali solubility (dissolution rate) of the phenol resin is remarkably increased due to the effects of acid generation, decomposition of the dissolution inhibitor and elimination of the protective group. As a result, a larger difference in dissolution rate occurs between the exposed area and the unexposed area than in the case of using phenol in which the hydroxyl group is not protected. Therefore, the composition of the present invention using the phenol having a partially protected hydroxyl group provides a resist having a higher resolution.

【0024】[0024]

【化6】 [Chemical 6]

【0025】図2に、この発明の放射線感応性樹脂組成
物に用いる、水酸基が保護されたフェノール樹脂及びこ
れを用いたレジストのアルカリ溶解速度の比較図を示
す。図2では、水酸基が保護されていない状態のフェノ
ール樹脂の溶解速度を(a)、水酸基が保護された状態
のフェノール樹脂の溶解速度を(d)、このようなフェ
ノール樹脂を用いたレジストの未露光部分の溶解速度を
(e)及び露光部分の溶解速度を(f)でそれぞれ相対
的に示している。
FIG. 2 shows a comparative diagram of the alkali dissolution rate of a phenol resin having a protected hydroxyl group and a resist using the same, which is used in the radiation-sensitive resin composition of the present invention. In FIG. 2, the dissolution rate of the phenolic resin in the state where the hydroxyl group is not protected is (a), the dissolution rate of the phenolic resin in the state where the hydroxyl group is protected is (d), and the dissolution rate of the resist using such a phenolic resin is shown. The dissolution rate of the exposed portion is shown by (e) and the dissolution rate of the exposed portion is shown by (f).

【0026】上述したスルホン酸エステルの分解反応の
引き金となる酸は、第3の成分である酸発生剤の放射線
照射による分解生成物として供給される。この発明の放
射線感応性樹脂組成物において用いられる酸発生剤は強
い酸を発生するものでなければならない。このようなも
のとして、例えば、下記の式(I)、(II)に示され
る各種のスルホニウム塩、下記の式(III)、(I
V)に示される各種のヨードニウム塩、下記の式(V)
に示される各種のp−トルエンスルホン酸エステル、下
記の式(VI)に示されるスルホン酸エステルを用いる
ことができる。
The acid that triggers the decomposition reaction of the above-mentioned sulfonic acid ester is supplied as a decomposition product by irradiation of the acid generator, which is the third component, with radiation. The acid generator used in the radiation-sensitive resin composition of the present invention must generate a strong acid. Examples of such compounds include various sulfonium salts represented by the following formulas (I) and (II), and the following formulas (III) and (I
V) various iodonium salts represented by the following formula (V)
The various p-toluene sulfonic acid ester represented by the formula (1) and the sulfonic acid ester represented by the following formula (VI) can be used.

【0027】[0027]

【化7】 [Chemical 7]

【0028】但し、式(I)〜(IV)中のXは、例え
ば、BF4 、AsF6 、SbF6 、ClO4 、CF3
3 を表し、式(V)中のRは、例えば、下記の式
(A)、(B)に示される基を表す。
However, X in the formulas (I) to (IV) is, for example, BF 4 , AsF 6 , SbF 6 , ClO 4 , CF 3 S.
R 3 in the formula (V) represents O 3 and represents a group represented by the following formulas (A) and (B).

【0029】[0029]

【化8】 [Chemical 8]

【0030】この発明の第1の成分であるフェノール樹
脂としてポリ(ヒドロキシスチレン)を用いる場合は、
例えば、丸善石油化学(株)から分子量分布の比較的広
いものを入手することができる。また、分子量分布の狭
いものは、例えば、文献:「ポリマー(Polyme
r),1983,vol.24,995」に記載のJ.
M.J.Frechetらによる方法によって容易に合
成することができる。また、フェノール樹脂としてノボ
ラック樹脂を用いる場合は、例えば、文献:「ジャーナ
ル・オブ・エレクトロケミカル・ソサエティ(J.El
ectrochem.Soc.),129,201(1
982)」に記載のE.Gipsteinらによる方法
によって合成することができる。また、保護基として用
いるt−ブトキシカルボニル基及びt−ブチル基は、文
献:「ポリマー(Polymer),1983,vo
l.24,995]に記載のJ.M.J.Freche
tらによる方法によって容易に導入することができる。
When poly (hydroxystyrene) is used as the phenolic resin which is the first component of the present invention,
For example, those having a relatively wide molecular weight distribution can be obtained from Maruzen Petrochemical Co., Ltd. Further, those having a narrow molecular weight distribution are described in, for example, the literature: “Polymer (Polymer).
r), 1983, vol. 24,995 ".
M. J. It can be easily synthesized by the method of Frechet et al. Further, when a novolac resin is used as the phenol resin, for example, the literature: “Journal of Electrochemical Society (J. El.
microchem. Soc. ), 129 , 201 (1
982) ”. It can be synthesized by the method of Gipstein et al. Further, t-butoxycarbonyl group and t-butyl group used as a protecting group are described in the literature: “Polymer, 1983, vo.
l. 24, 995]. M. J. Freche
It can be easily introduced by the method of T. et al.

【0031】この発明の組成物に用いるフェノール樹脂
の重量平均分子量の範囲は、500〜100000であ
ることが望ましい。重量分子量が500よりも小さい
と、この組成物を含むレジストフィルムがべとつき、パ
ーティクル(空気中の塵埃)がフィルムに付着し易くな
る。一方、重量分子量が100000よりも大きいと、
溶剤に対する溶解性が低下するため、この組成物を含む
レジストを塗布した際に塗布ムラが生じ易くなる。
The weight average molecular weight of the phenol resin used in the composition of the present invention is preferably 500 to 100,000. When the weight molecular weight is less than 500, the resist film containing this composition becomes sticky and particles (dust in the air) are easily attached to the film. On the other hand, if the weight molecular weight is larger than 100,000,
Since the solubility in a solvent decreases, coating unevenness is likely to occur when a resist containing this composition is applied.

【0032】また、この発明の第2の成分であるスルホ
ン酸エステルのフェノール樹脂に対する添加量は、0.
05〜50mol%の範囲であることが望ましい。添加
量が0.05mol%よりも小さいと、組成物の放射線
に対する感度が低下し、その結果、組成物の解像度が低
下する。一方、添加量が50mol%よりも大きいと、
この組成物を含むレジストフィルムの熱安定性が悪化し
たり、この組成物を含むレジストを塗布した際に塗布ム
ラが生じ易くなる。また、フェノールの水酸基のうち、
保護される水酸基の割合は、5%〜80%の範囲にある
ことが望ましい。保護される割合が5%よりも小さい
と、スルホン酸エステルや酸発生剤が少ない場合に、未
露光部と露光部の溶解速度の差が十分に取ることができ
ない。その結果、この発明の組成物を用いたレジストの
パターン形状が悪化する。一方、保護される割り剤が8
0%よりも大きいと、パターン形成時にレジストの表面
に難溶化層が形成されて、パターンの開口部となるべき
領域のレジストが除去できなくなることがある。
The addition amount of the sulfonic acid ester which is the second component of the present invention to the phenol resin is 0.
It is preferably in the range of 05 to 50 mol%. If the amount added is less than 0.05 mol%, the sensitivity of the composition to radiation is reduced, and as a result, the resolution of the composition is reduced. On the other hand, if the addition amount is larger than 50 mol%,
The thermal stability of a resist film containing this composition is deteriorated, and uneven coating is likely to occur when a resist containing this composition is applied. Also, of the hydroxyl groups of phenol,
The proportion of hydroxyl groups protected is preferably in the range of 5% to 80%. When the protected ratio is less than 5%, a sufficient difference in dissolution rate between the unexposed portion and the exposed portion cannot be taken when the amount of the sulfonate ester and the acid generator is small. As a result, the pattern shape of the resist using the composition of the present invention deteriorates. On the other hand, 8 splitting agents are protected
If it is larger than 0%, a poorly soluble layer may be formed on the surface of the resist during pattern formation, and the resist in the region to be the opening of the pattern may not be removed.

【0033】また、式(I)〜(VIII)に示した酸
発生剤は、例えば、みどり化学(株)から供給されるも
のを使用することができる。または、文献「ジャーナル
・オブ・ポリマー・サイエンス、ポリマー、ケミストリ
ー・エディション(J.Polymer Scienc
e,Polymer Chem.Ed,).18,26
77(1980)」に記載のJ.Criveroらによ
る方法で合成することもできる。
As the acid generators represented by the formulas (I) to (VIII), those supplied from Midori Kagaku Co., Ltd. can be used. Alternatively, the document “Journal of Polymer Science, Polymer, Chemistry Edition (J. Polymer Science)
e, Polymer Chem. Ed,). 18, 26
77 (1980) ". It can also be synthesized by the method of Crivero et al.

【0034】また、この発明の第3の成分である酸発生
剤のフェノール樹脂に対する添加量は、0.005〜2
0mol%の範囲であることが望ましい。添加量が0.
005mol%よりも小さいと、組成物の放射線に対す
る感度が低下し、その結果、組成物の解像度が低下す
る。一方、添加量が20mol%よりも大きいと、この
組成物を含むレジストフィルムの熱安定性が悪化した
り、この組成物を含むレジストを塗布した際に塗布ムラ
が生じ易くなる。
The addition amount of the acid generator as the third component of the present invention to the phenol resin is 0.005 to 2
It is preferably in the range of 0 mol%. Addition amount is 0.
If it is less than 005 mol%, the composition becomes less sensitive to radiation and, as a result, the resolution of the composition decreases. On the other hand, when the addition amount is larger than 20 mol%, the thermal stability of the resist film containing this composition is deteriorated, and coating unevenness is likely to occur when a resist containing this composition is applied.

【0035】[0035]

【実施例】以下、この発明の放射線感応性樹脂組成物の
実施例について説明する。尚、以下の説明中で挙げる使
用材料及びその量、処理時間、処理温度、膜厚等の数値
的条件は、この発明の範囲内の好適例にすぎない。従っ
て、この発明はこれら条件にのみ限定されるものではな
い。
EXAMPLES Examples of the radiation-sensitive resin composition of the present invention will be described below. Numerical conditions such as the materials used and the amounts thereof, the processing time, the processing temperature, and the film thickness mentioned in the following description are only suitable examples within the scope of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to these conditions.

【0036】第1実施例 以下、第1実施例について説明する。第1実施例では、
第1の成分として、分子量11500、分子量分散1.
23のポリ(ヒドロキシスチレン)1.2g、第2の成
分として、ナフタレンスルホン酸t−ブチル132m
g、第3の成分として、トリフェニルスルホニウムトリ
フレート(式(I)中、XがCF3 SO3であるもの)
20.6mgをそれぞれ溶剤であるシクロヘキサノン
6.0mlに溶解してレジスト液を調製する。
First Embodiment The first embodiment will be described below. In the first embodiment,
As the first component, a molecular weight of 11,500 and a molecular weight dispersion of 1.
1.2 g of poly (hydroxystyrene) of 23, t-butyl naphthalene sulfonate as the second component 132 m
g, as a third component, triphenylsulfonium triflate (in the formula (I), X is CF 3 SO 3 ).
A resist solution is prepared by dissolving 20.6 mg of each in 6.0 ml of cyclohexanone as a solvent.

【0037】第1実施例で用いたナフタレンスルホン酸
t−ブチルの添加量132mgは、ポリ(ヒドロキシス
チレン)1.2gのモノマーユニット換算の分子量12
0に対して5.0mol%に相当する。また、トリフェ
ニルスルホニウムトリフレート20.6mgは、フェノ
ール樹脂1.2gのモノマーユニット換算の分子量12
0に対して0.5mol%に相当する。
The amount of t-butyl naphthalene sulfonate used in the first example, 132 mg, was 1.2 g of poly (hydroxystyrene), and the molecular weight was 12 in terms of monomer units.
This corresponds to 5.0 mol% with respect to 0. In addition, 20.6 mg of triphenylsulfonium triflate has a molecular weight of 12 g of a phenol resin 1.2 g in terms of a monomer unit.
This corresponds to 0.5 mol% with respect to 0.

【0038】次に、HDMS処理(ヘキサメチル・ジシ
ラザン(hexamethyl disilazane )の蒸気にさらす処
理)したシリコン基板上に、レジスト液を回転塗布し、
ホットプレート上で110℃の温度下で2分間ベーキン
グを行って、膜厚0.6ミクロンのレジスト層を形成す
る。次に、レジスト層に加速電圧20kVの電子線をエ
リオニクス社製ELS3300(商品名)を用いてテス
トパターンを描画する。この時の露光量は0.56μC
/cm2 である。次に、テストパターンを描画したシリ
コン基板をホットプレート上で90℃の温度下で2分間
ベーキングした後、0.27N(規定)のテトラメチル
アンモニウム(TMAH)溶液で20分間現像し、純水
で5分間リンスを行う。こうして得られたパターンを走
査型電子顕微鏡(SEM)(日立製、S6000測長S
EM(商品名))で観察したところ、0.3μmのライ
ンアンドスペースを解像できたことが確認できた。
Next, a resist solution is spin-coated on a silicon substrate which has been subjected to HDMS treatment (exposure to hexamethyl disilazane vapor),
Baking is performed on a hot plate at a temperature of 110 ° C. for 2 minutes to form a resist layer having a film thickness of 0.6 μm. Next, a test pattern is drawn on the resist layer with an electron beam with an acceleration voltage of 20 kV using ELS3300 (trade name) manufactured by Elionix. The exposure dose at this time is 0.56 μC
/ Cm 2 . Then, the silicon substrate on which the test pattern was drawn was baked on a hot plate at a temperature of 90 ° C. for 2 minutes, developed with a 0.27 N (normal) tetramethylammonium (TMAH) solution for 20 minutes, and then purified with pure water. Rinse for 5 minutes. The pattern obtained in this way is scanned with an electron microscope (SEM) (Hitachi, S6000 length measurement S
When observed with EM (trade name), it was confirmed that a line and space of 0.3 μm could be resolved.

【0039】第2実施例 以下、第2実施例について説明する。第2実施例では、
第1の成分として、分子量11500、分子量分散1.
23のポリ(ヒドロキシスチレン)1.2g、第2の成
分として、4−トルエンスルホン酸t−ブチル(式
(ロ))228mg、第3の成分として、ベンゾイル−
p−トルエンスルホネート(式(V))36.5mgを
それぞれ溶剤であるシクロヘキサノン6.0mlに溶解
してレジスト液を調製する。
Second Embodiment The second embodiment will be described below. In the second embodiment,
As the first component, a molecular weight of 11,500 and a molecular weight dispersion of 1.
Poly (hydroxystyrene) of 23 g, tert-butyl 4-toluenesulfonate (formula (b)) 228 mg as the second component, benzoyl- as the third component.
A resist solution is prepared by dissolving 36.5 mg of p-toluenesulfonate (formula (V)) in 6.0 ml of cyclohexanone as a solvent.

【0040】第2実施例で用いた4−トルエンスルホン
酸t−ブチルの添加量228mgは、ポリ(ヒドロキシ
スチレン)1.2gのモノマーユニット換算の分子量1
20に対して10mol%に相当する。また、ベンゾイ
ル−p−トルエンスルホネート36.5mgは、フェノ
ール樹脂1.2gのモノマーユニット換算の分子量12
0に対して1.0mol%に相当する。
The added amount of 228 mg of t-butyl 4-toluenesulfonate used in the second embodiment is 1 g of the molecular weight of 1.2 g of poly (hydroxystyrene) in terms of monomer units.
This corresponds to 10 mol% with respect to 20. Further, 36.5 mg of benzoyl-p-toluenesulfonate has a molecular weight of 12 g of phenol resin 1.2 g in terms of monomer unit.
This corresponds to 1.0 mol% with respect to 0.

【0041】次に、レジストとの接着性を強化するため
にHMDS処理したシリコン基板上に、レジスト液を回
転塗布し、ホットプレート上で110℃の温度下で2分
間ベーキングを行って、膜厚0.6ミクロンのレジスト
層を形成する。次に、レジスト層に加速電圧20kVの
電子線をエリオニクス社製ELS3300(商品名)を
用いてテストパターンを描画する。この時の露光量は
0.35μC/cm2 である。次に、テストパターンを
描画したシリコン基板をホットプレート上で90℃の温
度下で2分間ベーキングした後、0.27NのTMAH
溶液で20分間現像し、5分間リンスを行う。こうして
得られたパターンをSEM(日立製、S6000測長S
EM(商品名))で観察したところ、0.3μmのライ
ンアンドスペースを解像できたことが確認できた。
Next, a resist solution was spin-coated on a HMDS-treated silicon substrate to enhance adhesion with the resist, and baked on a hot plate at a temperature of 110 ° C. for 2 minutes to give a film thickness. Form a 0.6 micron resist layer. Next, a test pattern is drawn on the resist layer with an electron beam with an acceleration voltage of 20 kV using ELS3300 (trade name) manufactured by Elionix. The exposure dose at this time is 0.35 μC / cm 2 . Next, the silicon substrate on which the test pattern was drawn was baked on a hot plate at a temperature of 90 ° C. for 2 minutes, and then 0.27N TMAH was used.
Develop with solution for 20 minutes and rinse for 5 minutes. The pattern thus obtained is SEM (Hitachi, S6000 length measurement S
When observed with EM (trade name), it was confirmed that a line and space of 0.3 μm could be resolved.

【0042】第3実施例 以下、第3実施例について説明する。第3実施例では、
第1の成分として、分子量11500、分子量分散1.
23のポリ(ヒドロキシスチレン)1.2g、第2の成
分として、ナフタレンスルホン酸t−ブチル(式
(イ))264mg、第3の成分として、トリフェニル
スルホニウムトリフレート(式(I)中、XがCF3
3 であるもの)4.1mgをそれぞれ溶剤であるシク
ロヘキサノン6.0mlに溶解してレジスト液を調製す
る。
Third Embodiment The third embodiment will be described below. In the third embodiment,
As the first component, a molecular weight of 11,500 and a molecular weight dispersion of 1.
Poly (hydroxystyrene) of 23 g, t-butyl naphthalenesulfonate (formula (a)) 264 mg as the second component, triphenylsulfonium triflate (in formula (I), X Is CF 3 S
O. 3 ) (4.1 mg) is dissolved in 6.0 ml of cyclohexanone, which is a solvent, to prepare a resist solution.

【0043】第3実施例で用いたナフタレンスルホン酸
t−ブチルの添加量2642mgは、ポリ(ヒドロキシ
スチレン)1.2gのモノマーユニット換算の分子量1
20に対して10mol%に相当する。また、トリフェ
ニルスルホニウムトリフレート4.1mgは、フェノー
ル樹脂1.2gのモノマーユニット換算の分子量120
に対して0.1mol%に相当する。
The addition amount of t-butyl naphthalene sulfonate used in the third example of 2642 mg was 1.2 g of poly (hydroxystyrene), and the molecular weight was 1 in terms of monomer unit.
This corresponds to 10 mol% with respect to 20. In addition, 4.1 mg of triphenylsulfonium triflate has a molecular weight of 120 g of phenol resin 1.2 g in terms of monomer unit.
Corresponding to 0.1 mol%.

【0044】次に、HDMS処理したシリコン基板上
に、レジスト液を回転塗布し、ホットプレート上で11
0℃の温度下で2分間ベーキングを行って、膜厚0.6
ミクロンのレジスト層を形成する。次に、レジスト層に
加速電圧20kVの電子線をエリオニクス社製ELS3
300(商品名)を用いてテストパターンを描画する。
この時の露光量は0.15μC/cm2 である。次に、
テストパターンを描画したシリコン基板をホットプレー
ト上で90℃の温度下で2分間ベーキングした後、0.
104NのTMAH溶液で20分間現像し、5分間リン
スを行う。こうして得られたパターンをSEM(日立
製、S6000測長SEM(商品名))で観察したとこ
ろ、0.3μmのラインアンドスペースを解像できたこ
とが確認できた。
Next, a resist solution is spin-coated on a HDMS-treated silicon substrate, and the resist solution is placed on a hot plate for 11 minutes.
Baking at a temperature of 0 ° C for 2 minutes to give a film thickness of 0.6
A micron resist layer is formed. Next, an electron beam with an accelerating voltage of 20 kV was applied to the resist layer by ELS3 manufactured by Elionix.
A test pattern is drawn using 300 (product name).
The exposure dose at this time is 0.15 μC / cm 2 . next,
After baking the silicon substrate on which the test pattern was drawn on a hot plate at a temperature of 90 ° C. for 2 minutes,
Develop with 104 N TMAH solution for 20 minutes and rinse for 5 minutes. When the pattern thus obtained was observed by SEM (Hitachi, S6000 length measurement SEM (trade name)), it was confirmed that a line and space of 0.3 μm could be resolved.

【0045】第4実施例 以下、第4実施例について説明する。第4実施例では、
第1の成分として、分子量8500、分子量分散3.5
0のp−クレゾールノボラック樹脂1.2g、第2の成
分として、ナフタレンスルホン酸t−ブチル(式
(I))264mg、第3の成分として、ピロガロール
トリメタンスルホネート((VI))36mgをそれぞ
れ溶剤であるシクロヘキサノン6.0mlに溶解してレ
ジスト液を調製する。
Fourth Embodiment The fourth embodiment will be described below. In the fourth embodiment,
The first component has a molecular weight of 8500 and a molecular weight dispersion of 3.5.
0-1.2 g of p-cresol novolac resin, 264 mg of t-butyl naphthalene sulfonate (formula (I)) as the second component, and 36 mg of pyrogallol trimethanesulfonate ((VI)) as the third component, respectively. Is dissolved in 6.0 ml of cyclohexanone to prepare a resist solution.

【0046】第1実施例で用いたナフタレンスルホン酸
t−ブチルの添加量264mgは、p−クレゾールノボ
ラック樹脂1.2gのモノマーユニット換算の分子量1
20に対して10mol%に相当する。また、ピロガロ
ールトリメタンスルホネート36mgは、p−クレゾー
ルノボラック樹脂1.2gのモノマーユニット換算の分
子量120に対して1.0mol%に相当する。
The addition amount of 264 mg of t-butyl naphthalene sulfonate used in the first embodiment is 1 g of the molecular weight of 1.2 g of p-cresol novolac resin in terms of monomer unit.
This corresponds to 10 mol% with respect to 20. In addition, 36 mg of pyrogallol trimethanesulfonate corresponds to 1.0 mol% with respect to the molecular weight 120 of 1.2 g of p-cresol novolac resin in terms of monomer units.

【0047】次に、HDMS処理したシリコン基板上
に、レジスト液を回転塗布し、ホットプレート上で90
℃の温度下で2分間ベーキングを行って、膜厚0.6ミ
クロンのレジスト層を形成する。次に、レジスト層に加
速電圧20kVの電子線をエリオニクス社製ELS33
00(商品名)を用いてテストパターンを描画する。こ
の時の露光量は0.80μC/cm2 である。次に、テ
ストパターンを描画したシリコン基板をホットプレート
上で90℃の温度下で2分間ベーキングした後、0.2
7NのTMAH溶液で20分間現像し、5分間リンスを
行う。こうして得られたパターンをSEM(日立製、S
6000測長SEM(商品名))で観察したところ、
0.3μmのラインアンドスペースを解像できたことが
確認できた。
Next, a resist solution is spin-coated on a HDMS-treated silicon substrate, and a hot plate is used for 90 minutes.
Baking is performed at a temperature of ℃ for 2 minutes to form a resist layer having a film thickness of 0.6 micron. Next, an electron beam with an accelerating voltage of 20 kV was applied to the resist layer by ELS33 manufactured by Elionix.
A test pattern is drawn using 00 (product name). The exposure amount at this time is 0.80 μC / cm 2 . Next, the silicon substrate on which the test pattern was drawn was baked on a hot plate at a temperature of 90 ° C. for 2 minutes, and then 0.2
Develop with 7N TMAH solution for 20 minutes and rinse for 5 minutes. The pattern thus obtained is SEM (Hitachi, S
When observed with a 6000 length measuring SEM (trade name),
It was confirmed that the line and space of 0.3 μm could be resolved.

【0048】以下、第5〜第8実施例では、水酸基を部
分的に保護したフェノール樹脂を用いた例について説明
する。
In the following, in the fifth to eighth examples, examples using a phenol resin in which hydroxyl groups are partially protected will be described.

【0049】第5実施例 以下、第5実施例について説明する。第5実施例では、
第1の成分として、分子量14400、分子量分散1.
26の、部分t−ブトキシカルボニル化ポリ(ヒドロキ
シスチレン)(保護率30%)1.2g、第2の成分と
して、ナフタレン−2−スルホン酸tーブチル132m
g、第3の成分として、トリフェニルスルホニウムトリ
フレート(式(I)中、XがCF3 SO3 であるもの)
20.6mgをそれぞれ溶剤であるシクロヘキサノン
6.0mlに溶解してレジスト液を調製する。
Fifth Embodiment The fifth embodiment will be described below. In the fifth embodiment,
The first component has a molecular weight of 14400 and a molecular weight dispersion of 1.
26, 1.2 g of partially t-butoxycarbonylated poly (hydroxystyrene) (protection rate 30%), and as the second component, t-butyl naphthalene-2-sulfonate 132 m
g, as a third component, triphenylsulfonium triflate (in the formula (I), X is CF 3 SO 3 ).
A resist solution is prepared by dissolving 20.6 mg of each in 6.0 ml of cyclohexanone as a solvent.

【0050】第5実施例で用いたナフタレンスルホン酸
t−ブチルの添加量132mgは、部分t−ブトキシカ
ルボニル化ポリ(ヒドロキシスチレン)1.2gのモノ
マーユニット換算の分子量153に対して5.0mol
%に相当する。また、トリフェニルスルホニウムトリフ
レート20.6mgは、部分t−ブトキシカルボニル化
ポリ(ヒドロキシスチレン)1.2gのモノマーユニッ
ト換算の分子量120に対して0.5mol%に相当す
る。
The amount of t-butyl naphthalene sulfonate used in the fifth example, 132 mg, was 5.0 mol with respect to the molecular weight 153 of 1.2 g of partially t-butoxycarbonylated poly (hydroxystyrene) as a monomer unit.
Equivalent to%. Further, 20.6 mg of triphenylsulfonium triflate corresponds to 0.5 mol% based on the molecular weight 120 of 1.2 g of partially t-butoxycarbonylated poly (hydroxystyrene) in terms of monomer units.

【0051】次に、HDMS処理したシリコン基板上
に、レジスト液を回転塗布し、ホットプレート上で11
0℃の温度下で2分間ベーキングを行って、膜厚0.6
ミクロンのレジスト層を形成する。次に、レジスト層に
加速電圧20kVの電子線をエリオニクス社製ELS3
300(商品名)を用いてテストパターンを描画する。
この時の露光量は0.56μC/cm2 である。次に、
テストパターンを描画したシリコン基板をホットプレー
ト上で90℃の温度下で2分間ベーキングした後、0.
27NのTMAH溶液で20分間現像し、純水で5分間
リンスを行う。こうして得られたパターンを走査型電子
顕微鏡(SEM)(日立製、S6000測長SEM(商
品名))で観察したところ、0.3μmのラインアンド
スペースを解像できたことが確認できた。
Next, a resist solution is spin-coated on a HDMS-treated silicon substrate, and the resist solution is placed on a hot plate.
Baking at a temperature of 0 ° C for 2 minutes to give a film thickness of 0.6
A micron resist layer is formed. Next, an electron beam with an accelerating voltage of 20 kV was applied to the resist layer by ELS3 manufactured by Elionix.
A test pattern is drawn using 300 (product name).
The exposure dose at this time is 0.56 μC / cm 2 . next,
After baking the silicon substrate on which the test pattern was drawn on a hot plate at a temperature of 90 ° C. for 2 minutes,
Develop with a 27N TMAH solution for 20 minutes and rinse with pure water for 5 minutes. When the pattern thus obtained was observed with a scanning electron microscope (SEM) (Hitachi, S6000 length measurement SEM (trade name)), it was confirmed that a line and space of 0.3 μm could be resolved.

【0052】第6実施例 以下、第6施例について説明する。第6実施例では、第
1の成分として、分子量14400、分子量分散1.2
6の、部分t−ブトキシカルボニル化ポリ(ヒドロキシ
スチレン)(保護率30%)1.2g、第2の成分とし
て、4−トルエンスルホン酸t−ブチル(式(ロ))2
28mg、第3の成分として、ベンゾイル−p−トルエ
ンスルホネート(式(V)のRが(A)であるもの)3
6.5mgをそれぞれ溶剤であるシクロヘキサノン6.
0mlに溶解してレジスト液を調製する。
Sixth Embodiment The sixth embodiment will be described below. In the sixth embodiment, the first component has a molecular weight of 14400 and a molecular weight dispersion of 1.2.
1.2 g of partially t-butoxycarbonylated poly (hydroxystyrene) (protection rate 30%) of 6 and t-butyl 4-toluenesulfonate (formula (II)) 2 as the second component
28 mg, as a third component, benzoyl-p-toluenesulfonate (wherein R of the formula (V) is (A)) 3
Cyclohexanone (6.5 mg) was used as a solvent.
Dissolve in 0 ml to prepare a resist solution.

【0053】第6実施例で用いた4−トルエンスルホン
酸t−ブチルの添加量228mgは、部分t−ブトキシ
カルボニル化ポリ(ヒドロキシスチレン)1.2gのモ
ノマーユニット換算の分子量153に対して10mol
%に相当する。また、ベンゾイル−p−トルエンスルホ
ネート36.5mgは、部分t−ブトキシカルボニル化
ポリ(ヒドロキシスチレン)1.2gのモノマーユニッ
ト換算の分子量153に対して1.0mol%に相当す
る。
The amount of 228 mg of t-butyl 4-toluenesulfonate used in the sixth example was 10 mol with respect to the molecular weight 153 of 1.2 g of partially t-butoxycarbonylated poly (hydroxystyrene) as a monomer unit.
Equivalent to%. In addition, 36.5 mg of benzoyl-p-toluenesulfonate corresponds to 1.0 mol% with respect to the molecular weight 153 of 1.2 g of partially t-butoxycarbonylated poly (hydroxystyrene) as a monomer unit.

【0054】次に、HDMS処理したシリコン基板上
に、レジスト液を回転塗布し、ホットプレート上で11
0℃の温度下で2分間ベーキングを行って、膜厚0.6
ミクロンのレジスト層を形成する。次に、レジスト層に
加速電圧20kVの電子線をエリオニクス社製ELS3
300(商品名)を用いてテストパターンを描画する。
この時の露光量は0.25μC/cm2 である。次に、
テストパターンを描画したシリコン基板をホットプレー
ト上で90℃の温度下で2分間ベーキングした後、0.
27NのTMAH溶液で20分間現像し、純水で5分間
リンスを行う。こうして得られたパターンをSEM(日
立製、S6000測長SEM(商品名))で観察したと
ころ、0.3μmのラインアンドスペースを解像できた
ことが確認できた。
Next, a resist solution is spin-coated on a HDMS-treated silicon substrate, and the resist solution is placed on a hot plate.
Baking at a temperature of 0 ° C for 2 minutes to give a film thickness of 0.6
A micron resist layer is formed. Next, an electron beam with an accelerating voltage of 20 kV was applied to the resist layer by ELS3 manufactured by Elionix.
A test pattern is drawn using 300 (product name).
The exposure dose at this time is 0.25 μC / cm 2 . next,
After baking the silicon substrate on which the test pattern was drawn on a hot plate at a temperature of 90 ° C. for 2 minutes,
Develop with a 27N TMAH solution for 20 minutes and rinse with pure water for 5 minutes. When the pattern thus obtained was observed by SEM (Hitachi, S6000 length measurement SEM (trade name)), it was confirmed that a line and space of 0.3 μm could be resolved.

【0055】第7実施例 以下、第7実施例について説明する。第7実施例では、
第1の成分として、分子量8500、分子量分散3.5
0のp−クレゾールノボラック樹脂1.2g、第2の成
分として、ナフタレン−2−スルホン酸t−ブチル(式
(イ))264mg、第3の成分として、トレフェニル
スルホニウムトリフレート(式()中、XがCF3 SO
3 であるもの)4.1mgをそれぞれ溶剤であるシクロ
ヘキサノン6.0mlに溶解してレジスト液を調製す
る。
Seventh Embodiment The seventh embodiment will be described below. In the seventh embodiment,
The first component has a molecular weight of 8500 and a molecular weight dispersion of 3.5.
No. 0 p-cresol novolac resin 1.2 g, as a second component, t-butyl naphthalene-2-sulfonate (formula (a)) 264 mg, and as a third component, trephenylsulfonium triflate (in formula ()) , X is CF 3 SO
3 mg) (4.1 mg) is dissolved in 6.0 ml of cyclohexanone, which is a solvent, to prepare a resist solution.

【0056】第7実施例で用いたナフタレン−2−スル
ホン酸t−ブチルの添加量264mgは、p−クレゾー
ルノボラック樹脂1.2gのモノマーユニット換算の分
子量153に対して10mol%に相当する。また、ト
レフェニルスルホニウムトリフレート4.1mgは、p
−クレゾールノボラック樹脂1.2gのモノマーユニッ
ト換算の分子量153に対して0.1mol%に相当す
る。
The addition amount of 264 mg of t-butyl naphthalene-2-sulfonate used in Example 7 corresponds to 10 mol% with respect to the molecular weight 153 of 1.2 g of p-cresol novolac resin in terms of monomer unit. In addition, 4.1 mg of trephenylsulfonium triflate is p
-Corresponding to 0.1 mol% with respect to the molecular weight 153 of 1.2 g of cresol novolac resin in terms of monomer units.

【0057】次に、レジストとの接着性を強化するため
にHMDS処理したシリコン基板上に、レジスト液を回
転塗布し、ホットプレート上で110℃の温度下で2分
間ベーキングを行って、膜厚0.6ミクロンのレジスト
層を形成する。次に、レジスト層に加速電圧20kVの
電子線をエリオニクス社製ELS3300(商品名)を
用いてテストパターンを描画する。この時の露光量は
0.15μC/cm2 である。次に、テストパターンを
描画したシリコン基板をホットプレート上で90℃の温
度下で2分間ベーキングした後、0.27NのTMAH
溶液で20分間現像し、5分間リンスを行う。こうして
得られたパターンをSEM(日立製、S6000測長S
EM(商品名))で観察したところ、0.3μmのライ
ンアンドスペースを解像できたことが確認できた。
Next, a resist solution was spin-coated on a HMDS-treated silicon substrate to enhance adhesion with the resist, and baked on a hot plate at a temperature of 110 ° C. for 2 minutes to give a film thickness. Form a 0.6 micron resist layer. Next, a test pattern is drawn on the resist layer with an electron beam with an acceleration voltage of 20 kV using ELS3300 (trade name) manufactured by Elionix. The exposure dose at this time is 0.15 μC / cm 2 . Next, the silicon substrate on which the test pattern was drawn was baked on a hot plate at a temperature of 90 ° C. for 2 minutes, and then 0.27N TMAH was used.
Develop with solution for 20 minutes and rinse for 5 minutes. The pattern thus obtained is SEM (Hitachi, S6000 length measurement S
When observed with EM (trade name), it was confirmed that a line and space of 0.3 μm could be resolved.

【0058】第8実施例 以下、第8実施例について説明する。第8実施例では、
第1の成分として、分子量10650、分子量分散4.
00のp−クレゾールノボラック樹脂1.55g、第2
の成分として、ナフタレン−2−スルホン酸t−ブチル
(式(イ))264mg、第3の成分として、ピロガロ
ールトリメタンスルホネート(式(VI)36mgをそ
れぞれ溶剤であるシクロヘキサノン6.0mlに溶解し
てレジスト液を調製する。
Eighth Embodiment The eighth embodiment will be described below. In the eighth embodiment,
3. As the first component, molecular weight 10650, molecular weight dispersion 4.
No. 00 p-cresol novolac resin 1.55 g, second
As a component of t-butyl naphthalene-2-sulfonate (formula (i)) 264 mg, and as a third component, pyrogallol trimethanesulfonate (formula (VI) 36 mg are dissolved in 6.0 ml of cyclohexanone as a solvent, respectively. Prepare a resist solution.

【0059】第8実施例で用いたナフタレン−2−スル
ホン酸t−ブチルの添加量264mgは、p−クレゾー
ルノボラック樹脂1.55gのモノマーユニット換算の
分子量153に対して10mol%に相当する。また、
ピロガロールトリメタンスルホネート36mgは、p−
クレゾールノボラック樹脂1.55gのモノマーユニッ
ト換算の分子量153に対して1.0mol%に相当す
る。
The addition amount of 264 mg of t-butyl naphthalene-2-sulfonate used in the eighth example corresponds to 10 mol% with respect to the molecular weight 153 of p-cresol novolac resin 1.55 g in terms of monomer unit. Also,
Pyrogallol trimethanesulfonate 36 mg is p-
This corresponds to 1.0 mol% based on the molecular weight 153 of the cresol novolac resin 1.55 g in terms of the monomer unit.

【0060】次に、レジストとの接着性を強化するため
にHMDS処理したシリコン基板上に、レジスト液を回
転塗布し、ホットプレート上で110℃の温度下で2分
間ベーキングを行って、膜厚0.6ミクロンのレジスト
層を形成する。次に、レジスト層に加速電圧20kVの
電子線をエリオニクス社製ELS3300(商品名)を
用いてテストパターンを描画する。この時の露光量は
1.00μC/cm2 である。次に、テストパターンを
描画したシリコン基板をホットプレート上で90℃の温
度下で2分間ベーキングした後、0.27NのTMAH
溶液で20分間現像し、5分間リンスを行う。こうして
得られたパターンをSEM(日立製、S6000測長S
EM(商品名))で観察したところ、0.3μmのライ
ンアンドスペースを解像できたことが確認できた。
Next, a resist solution was spin-coated on a HMDS-treated silicon substrate to enhance adhesion with the resist, and baked on a hot plate at a temperature of 110 ° C. for 2 minutes to give a film thickness. Form a 0.6 micron resist layer. Next, a test pattern is drawn on the resist layer with an electron beam with an acceleration voltage of 20 kV using ELS3300 (trade name) manufactured by Elionix. The exposure amount at this time is 1.00 μC / cm 2 . Next, the silicon substrate on which the test pattern was drawn was baked on a hot plate at a temperature of 90 ° C. for 2 minutes, and then 0.27N TMAH was used.
Develop with solution for 20 minutes and rinse for 5 minutes. The pattern thus obtained is SEM (Hitachi, S6000 length measurement S
When observed with EM (trade name), it was confirmed that a line and space of 0.3 μm could be resolved.

【0061】[0061]

【発明の効果】この発明の放射線感応性樹脂組成物は、
第1段階として、放射線照射により、組成物中の酸発生
剤が分解して強酸を生成する。第2段階として、この強
酸がフェノール樹脂の溶解抑止剤であるスルホン酸エス
テルを分解して、スルホン酸を生成する。このスルホン
酸は、強酸であるので、さらにスルホン酸エステルの分
解反応を促進する。その結果、露光部のフェノール樹脂
の溶解性が著しく増大する。従って、未露光部と露光部
と間で大きな溶解速度差が生じるため、高い解像度が得
られる。
The radiation-sensitive resin composition of the present invention comprises
As a first step, the acid generator in the composition is decomposed by irradiation to generate a strong acid. In the second step, the strong acid decomposes the sulfonic acid ester, which is a dissolution inhibitor of the phenol resin, to generate sulfonic acid. Since this sulfonic acid is a strong acid, it further promotes the decomposition reaction of the sulfonic acid ester. As a result, the solubility of the phenol resin in the exposed area is significantly increased. Therefore, a large difference in dissolution rate occurs between the unexposed area and the exposed area, so that high resolution can be obtained.

【0062】さらに、第2段階の反応は酸触媒反応であ
り、さらに、この発明の組成物では、スルホン酸エステ
ルから生成されたスルホン酸も触媒として有効に働く。
このため、放射線の照射量は少量で良く、この発明の組
成物は極めて高感度のポジ型レジストとなる。
Furthermore, the reaction in the second stage is an acid-catalyzed reaction, and in the composition of the present invention, the sulfonic acid produced from the sulfonic acid ester also works effectively as a catalyst.
Therefore, a small dose of radiation is required, and the composition of the present invention becomes a highly sensitive positive resist.

【0063】さらに、例えば、フェノール樹脂として、
その水酸基が部分保護されたフェノール樹脂を用いた場
合、酸発生剤より発生した酸及びスルホン酸エステルか
ら発生したスルホン酸は、さらにスルホン酸エステルを
分解すると共に、フェノール樹脂の保護基を脱離させ
る。従って、酸の発生、溶解抑止剤の分解及び保護基の
脱離により、フェノール樹脂のアルカリ溶解性は著しく
増大する。その結果、水酸基が保護されていないフェノ
ール樹脂を用いた場合よりも、露光部と未露光部との間
で大きな溶解速度差が生じる。従って、この発明の、水
酸基が少なくとも部分的に保護されたフェノール樹脂を
用いた組成物はより高い解像度のレジストとなる。
Further, for example, as a phenol resin,
When a phenolic resin whose hydroxyl groups are partially protected is used, the acid generated from the acid generator and the sulfonic acid generated from the sulfonic acid ester further decomposes the sulfonic acid ester and releases the protective group of the phenolic resin. . Therefore, the alkali solubility of the phenol resin is significantly increased by the generation of acid, the decomposition of the dissolution inhibitor and the elimination of the protective group. As a result, a larger difference in dissolution rate occurs between the exposed area and the unexposed area than in the case of using a phenol resin in which the hydroxyl group is not protected. Therefore, the composition of the present invention using the phenolic resin in which the hydroxyl groups are at least partially protected becomes a resist with higher resolution.

【0064】従って、この発明の組成物は、電子線また
は水銀ランプのdeepUVを光源としてレジストを露
光する場合でも、スループットを低下させることなく半
導体装置の製造に用いることができる。また、この発明
の放射線感応性樹脂組成物はアルカリ現像液によって現
像できるので、現行のレジストプロセスとの整合性も良
い。
Therefore, the composition of the present invention can be used for manufacturing a semiconductor device without lowering the throughput even when exposing a resist using an electron beam or deepUV of a mercury lamp as a light source. Further, since the radiation-sensitive resin composition of the present invention can be developed with an alkali developing solution, it has good compatibility with the existing resist process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の放射線感応性樹脂組成物に用いるフ
ェノール樹脂及びこれを用いたレジストのアルカリ溶解
速度の比較図である。
FIG. 1 is a comparison diagram of alkali dissolution rates of a phenol resin used in a radiation-sensitive resin composition of the present invention and a resist using the same.

【図2】この発明の放射線感応性樹脂組成物に用いる水
酸基が保護されたフェノール樹脂及びこれを用いたレジ
ストのアルカリ溶解速度の比較図である。
FIG. 2 is a comparison diagram of alkali dissolution rates of a hydroxyl group-protected phenol resin used in the radiation-sensitive resin composition of the present invention and a resist using the same.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(a):水酸基の保護されていないフェノール樹脂の溶
解速度 (b):レジスト未露光部の溶解速度 (c):レジスト露光部の溶解速度 (d):水酸基の保護されたフェノール樹脂の溶解速度 (e):レジスト未露光部の溶解速度 (f):レジスト露光部の溶解速度
(A): Dissolution rate of phenolic resin not protected by hydroxyl group (b): Dissolution rate of resist unexposed area (c): Dissolution rate of resist exposed area (d): Dissolution rate of phenolic resin protected by hydroxyl group (E): Dissolution rate of resist unexposed area (f): Dissolution rate of resist exposed area

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/027 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 21/027

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フェノール樹脂、スルホン酸エステル及
び酸発生剤を含むことを特徴とする放射線感応性樹脂組
成物。
1. A radiation-sensitive resin composition comprising a phenol resin, a sulfonic acid ester and an acid generator.
【請求項2】 請求項1に記載の放射線感応性樹脂組成
物において、 前記フェノール樹脂がポリ(ヒドロキシスチレン)であ
ることを特徴とする放射線樹脂組成物。
2. The radiation-sensitive resin composition according to claim 1, wherein the phenol resin is poly (hydroxystyrene).
【請求項3】 請求項1に記載の放射線感応性樹脂組成
物において、 前記フェノール樹脂がのノボラック樹脂であることを特
徴とする放射線樹脂組成物。
3. The radiation-sensitive resin composition according to claim 1, wherein the phenol resin is a novolac resin.
【請求項4】 請求項1に記載の放射線感応性樹脂組成
物において、 前記フェノール樹脂の重量平均分子量が、500〜10
0000の範囲にあることを特徴とする放射線感応性樹
脂組成物。
4. The radiation-sensitive resin composition according to claim 1, wherein the phenol resin has a weight average molecular weight of 500 to 10.
A radiation-sensitive resin composition, which is in the range of 0000.
【請求項5】 請求項1に記載の放射線感応性樹脂組成
物において、 前記スルホン酸エステルの前記ポリ(ヒドロキシスチレ
ン)に対する添加量が、0.05〜50mol%の範囲
にあることを特徴とする放射線感応性樹脂組成物。
5. The radiation-sensitive resin composition according to claim 1, wherein the addition amount of the sulfonic acid ester to the poly (hydroxystyrene) is in the range of 0.05 to 50 mol%. Radiation-sensitive resin composition.
【請求項6】 請求項1に記載の放射線感応性樹脂組成
物において、 前記酸発生剤の前記ポリ(ヒドロキシスチレン)に対す
る添加量が、0.005〜20mol%の範囲にあるこ
とを特徴とする放射線感応性樹脂組成物。
6. The radiation-sensitive resin composition according to claim 1, wherein the amount of the acid generator added to the poly (hydroxystyrene) is in the range of 0.005 to 20 mol%. Radiation-sensitive resin composition.
【請求項7】 請求項1に記載の放射線感応性樹脂組成
物において、 前記フェノール樹脂の水酸基が保護基によって保護され
ていることを特徴とする放射線樹脂組成物。
7. The radiation-sensitive resin composition according to claim 1, wherein the hydroxyl group of the phenol resin is protected by a protective group.
【請求項8】 請求項7に記載の放射線感応性樹脂組成
物おいて、 前記保護基がt−ブトキシカルボニル基またはt−ブチ
ル基であることを特徴とする放射線樹脂組成物。
8. The radiation-sensitive resin composition according to claim 7, wherein the protective group is a t-butoxycarbonyl group or a t-butyl group.
【請求項9】 請求項7に記載の放射線感応性樹脂組成
物において、前記フェノール樹脂の前記水酸基のうち、
前記保護基によって保護されている水酸基の割合が5〜
80%の範囲であることを特徴とする放射線感応性樹脂
組成物。
9. The radiation-sensitive resin composition according to claim 7, wherein among the hydroxyl groups of the phenol resin,
The proportion of hydroxyl groups protected by the protecting group is 5 to
A radiation-sensitive resin composition, which is in the range of 80%.
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