JPH0792679A - レジスト組成物 - Google Patents

レジスト組成物

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JPH0792679A
JPH0792679A JP5312670A JP31267093A JPH0792679A JP H0792679 A JPH0792679 A JP H0792679A JP 5312670 A JP5312670 A JP 5312670A JP 31267093 A JP31267093 A JP 31267093A JP H0792679 A JPH0792679 A JP H0792679A
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JP
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group
acid
alkyl group
substituted
chemical
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JP5312670A
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English (en)
Inventor
Masayuki Oie
正行 尾家
Hideyuki Tanaka
秀行 田中
Nobunori Abe
信紀 阿部
Mari Misawa
真理 三沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zeon Corp
Original Assignee
Nippon Zeon Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】感度、解像度、耐エッチング性、保存安定性、
及びプロセス余裕度などのレジスト特性に優れたレジス
ト材料を提供すること。 【構成】(A)活性光線の照射により酸を生成可能な化
合物、(B)酸に対して不安定な基を持つ構造単位を有
し、かつ、化合物(A)に由来する酸の存在下に該基が
開裂してアルカリ可溶性となる重合体、及び(C)カル
ボン酸化合物を含有することを特徴とするレジスト組成
物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レジスト組成物に関
し、さらに詳しくは、紫外線、KrFエキシマレーザー
光などの照射によるパターン形成が可能なレジスト材料
に関する。本発明のレジスト組成物は、特に、半導体素
子の微細加工用ポジ型レジストとして好適である。
【0002】
【従来の技術】レジストを用いて微細パターンを形成す
るには、一般に、基板上にレジストを含有する溶液を塗
布し、乾燥させて感光膜を形成した後、活性光線を照射
して潜像を形成する。次いで、それを現像してネガまた
はポジの画像を形成する。レジストは、ポジ型とネガ型
に大別され、ポジ型では、被照射部分が未照射部分に比
べて現像液中での溶解性が増してポジ型像を与え、ネガ
型では、逆に被照射部分の溶解性が減少してネガ型像を
与える。レジストを用いる微細加工により半導体を製造
する場合、基板としてシリコンウエハを用い、その表面
に、上記リソグラフィー技術によって画像(パターン)
を形成し、次いで、基板上に残ったレジストを保護膜と
して、エッチングを行った後、残存するレジストを除去
する。
【0003】近年、IC、LSI、さらにVLSIへと
半導体素子の高集積化、高密度化、小型化に伴って、1
μm以下の微細パターンを形成する技術が要求されてい
る。しかしながら、近紫外線または可視光線を用いる従
来のフォトリソグラフィー技術では、1μm以下の微細
パターンを精度良く形成することは、極めて困難であ
り、歩留りの低下も著しい。このため、光(波長350
〜450nmの紫外線)を利用する従来のフォトリソグ
ラフィーにかえて、解像度を高めるために、波長の短い
遠紫外線、KrFエキシマレーザー光(波長248nm
の光を出すクリプトンフルオライドレーザー)などを用
いるリソグラフィー技術が研究されている。
【0004】このリソグラフィー技術の中心となるレジ
スト材料には、多数の高度な特性が要求されているが、
その中でも重要なものとして、感度、解像度、耐エッチ
ング性、及び保存安定性が挙げられる。しかし、従来開
発されたレジスト材料は、これらの全ての性能を充分に
満足するものではなく、性能の向上が強く望まれてい
る。
【0005】例えば、ポリメタクリル酸グリシジルのよ
うなネガ型レジストは、高感度ではあるが、解像度や耐
ドライエッチング性が劣る。ポリメタクリル酸メチルの
ようなポジ型レジストは、解像度は良好であるが、感度
や耐ドライエッチング性が劣る。また、波長350〜4
50nmの紫外線露光で用いられてきたノボラック系ポ
ジ型フォトレジストを遠紫外線で露光すると、レジスト
自体の光源に対する光吸収が大きすぎるために、良好な
微細パターンの形成ができない。
【0006】近年、酸触媒と化学増幅効果を利用したレ
ジストの高感度化が注目され、例えば、(1)基材高分
子、(2)光酸発生剤(活性光線の照射により酸を生成
可能な化合物)、及び(3)感酸物質(光によって生成
した酸を触媒として反応し、基材高分子の溶解性などを
変化させる物質)の3成分系からなる微細加工用レジス
トが開発されている。これは、光によって発生した酸を
触媒として、感酸物質が反応し、基材高分子の溶解性が
変化してポジ型またはネガ型レジストとなるものであ
る。例えば、ノボラック樹脂、光酸発生剤及び溶解抑止
剤からなるポジ型レジストが知られている(特開平3−
107160号)。溶解抑止剤は、ノボラック樹脂に対
して溶解抑止効果を持ち、かつ、酸によって反応し、溶
解促進作用を示すものである。また、基材高分子の溶解
性を支配している官能基をブロックして不溶性にしてお
き、光によって生成する酸を触媒として、ブロックをは
ずして高分子基材の現像液に対する溶解性を復元するタ
イプのポジ型レジストも知られている。
【0007】ところで、最近、カルボン酸のt−ブチル
・エステルまたはフェノールのt−ブチル・カルボナー
トよりなる酸に対して不安定な反復的に存在する枝分か
れした基を有する重合体と、放射にさらされたときに酸
を生じる光重合開始剤とを含むレジスト組成物が提案さ
れている(特公平2−27660号)。このレジスト組
成物により形成された被膜に、紫外線、電子ビームまた
はX線を照射すると、被照射部分の重合体の酸に対して
不安定な反復的に存在する枝分かれした基が開裂して、
極性を有する反復的に存在する基が形成される。それに
よって、重合体被膜の露光領域及び未露光領域の溶解度
特性に大きな変化が生じる。そして、露光領域がアルカ
リ現像剤または極性溶媒で処理されることにより選択的
に除去され、一方、未露光領域は、無極性であるため、
無極性溶媒で処理されることにより選択的に除去され
る。したがって、該レジスト組成物は、現像剤を選択す
ることにより、ポジ型またはネガ型として働く。
【0008】しかしながら、特公平2−27660号で
提案されているレジスト組成物を用いて、通常のレジス
トプロセスにより、レジストの塗布、露光、露光後ベー
ク、及び現像を行ってレジストパターンを形成すると、
レジストパターンの表面部分に難溶化層の生成が観察さ
れ、いわゆるT型のパターンとなる問題点がある。さら
に、露光と露光後ベークとの間の放置時間を長くすると
感度の変化がみられ、難溶化層が厚くなる。そこで、さ
らにレジスト性能が向上した新規なレジストの開発が強
く望まれていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、感
度、解像度、耐エッチング性、保存安定性、及びプロセ
ス余裕度などのレジスト特性に優れたレジスト材料を提
供することにある。また、本発明の目的は、波長の短い
遠紫外線やKrFエキシマレーザー光を用いるリソグラ
フィーに適したレジスト材料を提供することにある。本
発明の他の目的は、特に、半導体素子の微細加工用ポジ
型レジストとして好適なレジスト組成物を提供すること
にある。
【0010】本発明者らは、前記従来技術の有する問題
点を克服するために鋭意研究した結果、光酸発生剤と、
酸に対して不安定な基(酸不安定性基)を持つ構造単位
を有する重合体と、カルボン酸化合物とを組み合わせる
ことにより、レジストパターン表面部分における難溶化
層の生成が抑制され、しかも、レジスト特性に優れたレ
ジスト組成物の得られることを見出した。このレジスト
組成物は、さらにアルカリ可溶性フェノール樹脂を含有
させてもよい。本発明は、これらの知見に基づいて完成
するに至ったものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】かくして、本発明によれ
ば、(A)活性光線の照射により酸を生成可能な化合
物、(B)酸に対して不安定な基を持つ構造単位を有
し、かつ、化合物(A)に由来する酸の存在下に該基が
開裂してアルカリ可溶性となる重合体、及び(C)カル
ボン酸化合物を含有することを特徴とするレジスト組成
物が提供される。また、本発明によれば、前記レジスト
組成物に、さらにアルカリ可溶性フェノール樹脂を含有
せしめたレジスト組成物が提供される。以下、本発明に
ついて詳述する。
【0012】(A)光酸発生剤 本発明で使用する活性光線の照射により酸を生成可能な
化合物(光酸発生剤)は、活性光線の照射によりブレー
ンステッド酸またはルイス酸を形成する物質であれば特
に制限はなく、各種の公知化合物及び混合物が使用可能
であって、例えば、オニウム塩、ハロゲン化有機化合
物、キノンジアジド化合物、α,αビス(スルホニル)
ジアゾメタン系化合物、α−カルボニル−α−スルホニ
ル−ジアゾメタン系化合物、スルホン化合物、有機酸エ
ステル化合物、有機酸アミド化合物、有機酸イミド化合
物などが挙げられる。
【0013】オニウム塩の具体例としては、未置換、対
称的にまたは非対称的に置換されたアルキル基、アルケ
ニル基、アラルキル基、芳香族基、またはヘテロ環状基
を有するジアゾニウム塩、アンモニウム塩、ヨードニウ
ム塩、スルホニウム塩、ホスホニウム塩、アルソニウム
塩、オキソニウム塩などが挙げられる。これらオニウム
塩の対アニオンとしては、対アニオンを形成できる化合
物であれば特に限定されるものではないが、例えば、ホ
ウ素酸、砒素酸、燐酸、アンチモン酸、スルホン酸、カ
ルボン酸、あるいはこれらのハロゲン化物などが挙げら
れる。
【0014】ハロゲン化有機化合物は、有機化合物のハ
ロゲン化物であれば特に制限はなく、各種の公知化合物
が可能であって、具体例としては、ハロゲン含有オキサ
ジアゾール系化合物、ハロゲン含有トリアジン系化合
物、ハロゲン含有アセトフェノン系化合物、ハロゲン含
有ベンゾフェノン系化合物、ハロゲン含有スルホキサイ
ド系化合物、ハロゲン含有スルホン系化合物、ハロゲン
含有チアゾール系化合物、ハロゲン含有オキサゾール系
化合物、ハロゲン含有トリアゾール系化合物、ハロゲン
含有2−ピロン系化合物、ハロゲン含有脂肪族炭化水素
化合物、ハロゲン含有芳香族炭化水素化合物、その他の
ハロゲン含有ヘテロ環状化合物、スルフェニルハライド
系化合物などが挙げられる。
【0015】さらに、ハロゲン化有機化合物として、ト
リス(2,3−ジブロモプロピル)ホスフェート、トリ
ス(2,3−ジブロモ−3−クロロプロピル)ホスフェ
ート、クロロテトラブロモブタン、ヘキサクロロベンゼ
ン、ヘキサブロモベンゼン、ヘキサブロモシクロドデカ
ン、ヘキサブロモビフェニル、トリブロモフェニルアリ
ルエーテル、テトラクロロビスフェノールA、テトラブ
ロモビスフェノールA、ビス(ブロモエチルエーテル)
テトラブロモビスフェノールA、ビス(クロロエチルエ
ーテル)テトラブロモビスフェノールA、トリス(2,
3−ジブロモプロピル)イソシアヌレート、2,2−ビ
ス(4−ヒドロキシ−3,5−ジブロモフェニル)プロ
パン、2,2−ビス(4−ヒドロキシエトキシ−3,5
−ジブロモフェニル)プロパンなどの含ハロゲン系難燃
剤;ジクロロジフェニルトリクロロエタン、ベンゼンヘ
キサクロライド、ペンタクロロフェノール、2,4,6
−トリクロロフェニル−4−ニトロフェニルエーテル、
2,4−ジクロロフェニル−3′−メトキシ−4′−ニ
トロフェニルエーテル、2,4−ジクロロフェノキシ酢
酸、4,5,6,7−テトラクロロフサライド、1,1
−ビス(4−クロロフェニール)エタノール、1,1−
ビス(4−クロロフェニール)−2,2,2−トリクロ
ロエタノール、エチル−4,4−ジクロロベンジレー
ト、2,4,5,4′−テトラクロロジフェニルスルフ
ァイド、2,4,5,4′−テトラクロロジフェニルス
ルホンなどの有機クロロ系農薬なども挙げられる。
【0016】キノンジアジド化合物の具体例としては、
1,2−ベンゾキノンジアジド−4−スルホン酸エステ
ル、1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エ
ステル、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン
酸エステル、1,2−ナフトキノンジアジド−6−スル
ホン酸エステル、2,1−ナフトキノンジアジド−4−
スルホン酸エステル、2,1−ナフトキノンジアジド−
5−スルホン酸エステル、2,1−ナフトキノンジアジ
ド−6−スルホン酸エステル、及びその他のナフトキノ
ンジアジド誘導体のスルホン酸エステル;1,2−ベン
ゾキノンジアジド−4−スルホン酸クロライド、1,2
−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸クロライド、
1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸クロラ
イド、1,2−ナフトキノンジアジド−6−スルホン酸
クロライド、2,1−ナフトキノンジアジド−4−スル
ホン酸クロライド、2,1−ナフトキノンジアジド−5
−スルホン酸クロライド、2,1−ナフトキノンジアジ
ド−6−スルホン酸クロライド、及びその他のナフトキ
ノンジアジド誘導体のスルホン酸クロライドなどが挙げ
られる。
【0017】α,αビス(スルホニル)ジアゾメタン系
化合物の具体例としては、未置換、対称的にまたは非対
称的に置換されたアルキル基、アルケニル基、アラルキ
ル基、芳香族基、またはヘテロ環状基を有するα,αビ
ス(スルホニル)ジアゾメタンなどが挙げられる。α−
カルボニル−α−スルホニル−ジアゾメタン系化合物の
具体例としては、未置換、対称的にまたは非対称的に置
換されたアルキル基、アルケニル基、アラルキル基、芳
香族基、またはヘテロ環状基を有するα−カルボニル−
α−スルホニル−ジアゾメタンなどが挙げられる。
【0018】スルホン化合物の具体例としては、未置
換、対称的にまたは非対称的に置換されたアルキル基、
アルケニル基、アラルキル基、芳香族基、またはヘテロ
環状基を有するスルホン化合物、ジスルホン化合物など
が挙げられる。有機酸エステルの具体例としては、未置
換、あるいは置換されたアルキル基、アルケニル基、ア
ラルキル基、芳香族基、またはヘテロ環状基を有するカ
ルボン酸エステル、スルホン酸エステルなどが挙げられ
る。
【0019】有機酸アミドの具体例としては、未置換、
あるいは置換されたアルキル基、アルケニル基、アラル
キル基、芳香族基、またはヘテロ環状基を有するカルボ
ン酸アミド、スルホン酸アミドなどが挙げられる。有機
酸イミドの具体例としては、未置換、あるいは置換され
たアルキル基、アルケニル基、アラルキル基、芳香族
基、またはヘテロ環状基を有するカルボン酸イミド、ス
ルホン酸イミドなどが挙げられる。これらの活性光線の
照射により酸を生成可能な化合物は、単独でも2種以上
を混合して用いてもよい、活性光線の照射により酸生成
可能な化合物(A)の配合割合は、酸不安定性基を持つ
構造単位を有する重合体(B)100重量部に対して、
通常、0.01〜50重量部、好ましくは0.2〜20
重量部である。この配合割合が0.01重量部未満で
は、パターンの形成が事実上不可能となり、逆に、50
重量部を越えると現像残が発生し易くなって、レジスト
の性能上不都合である。
【0020】(B)酸不安定性基を持つ構造単位を有す
る重合体 本発明で使用する重合体(B)としては、酸に対して不
安定な基を持つ構造単位を有し、かつ、酸の存在下に酸
不安定性基が開裂してアルカリ可溶性となる重合体であ
れば特に限定されない。このような重合体としては、下
記一般式(I)、(II)または(III)で示される
構造単位を有する重合体を例示することができる。重合
体(B)は、これらの構造単位の1種または2種以上を
含有しており、また、これらの構造単位と他の構造単位
とを有する共重合体であってもよい。
【0021】
【化10】 式中、R1及びR2は、互いに同一または異なり、水素原
子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1〜5のアルキル
基、または炭素数1〜5の置換アルキル基であり、R3
は、線状アセタール基、環状アセタール基、カーボネー
ト基、または−OR9である。ただし、R9は、
【0022】
【化11】 または
【0023】
【化12】 である。
【0024】ただし、これらの式中、R10、R11
12、R13、R14及びR15は、それぞれ独立に、鎖状ア
ルキル基、置換鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、置
換分岐状アルキル基、環状アルキル基、置換環状アルキ
ル基、アルケニル基、置換アルケニル基、アリール基、
置換アリール基、アラルキル基、または置換アラルキル
基を表し、これらのうち、R13及びR14は、水素原子で
あってもよい。
【0025】
【化13】 式中、R4は、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭
素数1〜5のアルキル基、または炭素数1〜5の置換ア
ルキル基であり、R5は、
【0026】
【化14】 または
【0027】
【化15】 である。
【0028】ただし、これらの式中、R10、R11
12、R13、R14及びR15は、それぞれ独立に、鎖状ア
ルキル基、置換鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、置
換分岐状アルキル基、環状アルキル基、置換環状アルキ
ル基、アルケニル基、置換アルケニル基、アリール基、
置換アリール基、アラルキル基、または置換アラルキル
基を表し、これらのうち、R13及びR14は、水素原子で
あってもよい。
【0029】
【化16】 式中、R6及びR7は、互いに同一または異なり、水素原
子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1〜5のアルキル
基、または炭素数1〜5の置換アルキル基であり、R8
は、
【0030】
【化17】 または
【0031】
【化18】 である。
【0032】ただし、これらの式中、R10、R11
12、R13、R14及びR15は、それぞれ独立に、鎖状ア
ルキル基、置換鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、置
換分岐状アルキル基、環状アルキル基、置換環状アルキ
ル基、アルケニル基、置換アルケニル基、アリール基、
置換アリール基、アラルキル基、または置換アラルキル
基を表し、これらのうち、R13及びR14は、水素原子で
あってもよい。
【0033】これらの一般式中、炭素数1〜5の置換ア
ルキル基としては、置換基として、例えば、ハロゲン原
子を有するアルキル基を挙げることができる。また、線
状アセタール基としては、炭素数2〜16の線状アセタ
ール基、環状アセタール基としては、炭素数3〜17の
環状アセタール基、カーボネート基としては、炭素数2
〜15のカーボネート基を挙げることができる。
【0034】また、R10、R11、R12、R13、R14及び
15において、(1)鎖状アルキル基としては、炭素数
1〜5の鎖状アルキル基、(2)置換鎖状アルキル基と
しては、炭素数1〜5で、置換基として、例えば、ハロ
ゲン原子を有する置換鎖状アルキル基、(3)分岐状ア
ルキル基としては、炭素数3〜8の分岐状アルキル基、
(4)置換分岐状アルキル基としては、炭素数3〜8
で、置換基として、例えば、ハロゲン原子を有する置換
分岐状アルキル基、(5)環状アルキル基としては、炭
素数5〜16の環状アルキル基、(ただし、環状アルキ
ル・アルキル基を含む。) (6)置換環状アルキル基としては、炭素数5〜16
で、置換基として、例えば、ハロゲン原子を有する置換
環状アルキル基、(7)アルケニル基としては、炭素数
2〜7のアルケニル基、(8)置換アルケニル基として
は、炭素数2〜7で、置換基として、例えば、ハロゲン
原子を有する置換アルケニル基、(9)アリール基とし
ては、炭素数6〜16のアリール基、(10)置換アリ
ール基としては、炭素数6〜16で、置換基として、例
えば、ハロゲン原子、ニトロ基を有する置換アリール
基、(11)アラルキル基としては、炭素数7〜16の
アラルキル基、(12)置換アラルキル基としては、炭
素数7〜16で、置換基として、例えば、ハロゲン原
子、ニトロ基を有する置換アラルキル基であることが好
ましい。
【0035】これらの構造単位を有する重合体(B)を
得る方法としては、一般式(I)、(II)または(I
II)の構造単位を与える各単量体を(共)重合させる
か、あるいは高分子反応により、これらの構造単位を有
する(共)重合体を生成させる方法などが挙げられる。
一般式(I)の構造単位を与える単量体の具体例として
は、例えば、下記の化合物を挙げることができる。
【0036】
【化19】
【0037】
【化20】
【0038】
【化21】
【0039】
【化22】
【0040】
【化23】
【0041】
【化24】
【0042】
【化25】
【0043】
【化26】
【0044】
【化27】
【0045】
【化28】
【0046】
【化29】
【0047】
【化30】
【0048】
【化31】
【0049】
【化32】
【0050】
【化33】
【0051】
【化34】
【0052】
【化35】
【0053】
【化36】
【0054】
【化37】
【0055】
【化38】
【0056】
【化39】
【0057】
【化40】
【0058】
【化41】
【0059】
【化42】
【0060】
【化43】
【0061】
【化44】
【0062】
【化45】
【0063】
【化46】
【0064】
【化47】
【0065】
【化48】 一般式(II)の構造単位を与える単量体の具体例とし
ては、例えば、下記の化合物を挙げることができる。
【0066】
【化49】
【0067】
【化50】
【0068】
【化51】
【0069】
【化52】
【0070】
【化53】
【0071】
【化54】
【0072】
【化55】
【0073】
【化56】
【0074】
【化57】
【0075】
【化58】
【0076】
【化59】
【0077】
【化60】
【0078】
【化61】
【0079】
【化62】
【0080】
【化63】
【0081】
【化64】
【0082】
【化65】
【0083】
【化66】
【0084】
【化67】
【0085】
【化68】
【0086】
【化69】
【0087】
【化70】
【0088】
【化71】
【0089】
【化72】
【0090】
【化73】
【0091】
【化74】
【0092】
【化75】
【0093】
【化76】
【0094】
【化77】
【0095】
【化78】
【0096】
【化79】
【0097】
【化80】
【0098】
【化81】 一般式(III)の構造単位を与える単量体の具体例と
しては、例えば、下記の化合物を挙げることができる。
【0099】
【化82】
【0100】
【化83】
【0101】
【化84】
【0102】
【化85】
【0103】
【化86】
【0104】
【化87】
【0105】
【化88】
【0106】
【化89】
【0107】
【化90】
【0108】
【化91】
【0109】
【化92】
【0110】
【化93】
【0111】
【化94】
【0112】
【化95】
【0113】
【化96】
【0114】
【化97】
【0115】
【化98】
【0116】
【化99】
【0117】
【化100】
【0118】
【化101】
【0119】
【化102】
【0120】
【化103】
【0121】
【化104】
【0122】
【化105】
【0123】
【化106】
【0124】
【化107】
【0125】
【化108】
【0126】本発明において用いられる重合体は、上記
の単量体と共重合可能な他の単量体を共重合成分として
含む共重合体であってもよい。他の単量体としては、共
重合可能な単量体であれば、特に限定されるものではな
いが、具体例としては、スチレン、4−ヒドロキシスチ
レン、2−ヒドロキシスチレン、4−クロロスチレン、
2−クロロスチレン、2,3−ジクロロスチレン、4−
ブロモスチレン、2−ブロモスチレン、4−ヨードスチ
レン、2−ヨードスチレン、4−カルボキシスチレン、
4−メチルスチレン、α−メチルスチレン、α−メチル
−4−ヒドロキシスチレン、α−メチル−2−ヒドロキ
シスチレン、α−メチル−4−カルボキシスチレン、α
−メチル−4−メチルスチレン、α−メチルス−4−ク
ロロスチレン、α−トリフロロメチルスチレン、α−ト
リクロロメチルスチレン、α−クロロスチレン、α−ブ
ロモスチレン、α−シアノスチレンなどのスチレン系化
合物;アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチ
ル、アクリル酸プロピル、アクリル酸グリシジル、アク
リル酸シクロヘキシル、アクリル酸フェニル、アクリル
酸ベンジル、アクリル酸t−ブチルフェニル、アクリル
酸シクロペンテニル、アクリル酸シクロペンタニル、ア
クリル酸ジシクロペンテニル、アクリル酸イソボルニ
ル、アクリル酸アダマンチル、アクリル酸ジメチルアダ
マンチルなどのアクリル酸系化合物;メタクリル酸、メ
タクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸
プロピル、メタクリル酸グリシジル、メタアクリル酸シ
クロヘキシル、メタアクリル酸フェニル、メタアクリル
酸ベンジル、メタアクリル酸t−ブチルフェニル、メタ
アクリル酸シクロペンテニル、メタアクリル酸シクロペ
ンタニル、メタアクリル酸ジシクロペンテニル、メタア
クリル酸イソボルニル、メタアクリル酸アダマンチル、
メタアクリル酸ジメチルアダマンチルなどのメタクリル
酸系化合物;アクリル酸アミド及びその誘導体などのア
クリル酸アミド系化合物、メタクリル酸アミド及びその
誘導体などのメタクリル酸アミド系化合物、マレイン酸
及びその誘導体などのマレイン酸系化合物、無水マレイ
ン酸及びその誘導体などの無水マレイン酸系化合物、酢
酸ビニル、ビニルピリジン、アクリロニトリル、フマロ
ニトリル、ビニルピロリドン、ビニルカルバゾールなど
が挙げられる。
【0127】上記他の共重合可能な単量体は、アルカリ
現像性を損なわない範囲(通常は0〜50モル%)で共
重合することが可能である。本発明の共重合体は、ラジ
カル重合、イオン重合などの通常の重合方法によって得
ることが可能であって、共重合体の重量平均分子量は
1,000〜1,000,000の範囲のものが好適で
ある。
【0128】(C)カルボン酸化合物 本発明で使用するカルボン酸化合物は、カルボン酸類及
びカルボン酸無水物を包含する。カルボン酸類には、脂
肪族カルボン酸類、芳香族カルボン酸類、複素環カルボ
ン酸類などがあり、カルボン酸無水物には、これらカル
ボン酸類の無水物がある。
【0129】脂肪族カルボン酸類の具体例としては、プ
ロピオン酸、酪酸、バレリアン酸、カプロン酸、ヘプタ
ン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、トリデシ
リン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、マーガリン酸、
ステアリン酸、トリクロロ酢酸、シアノ酢酸、シクロヘ
キシル酢酸、シクロヘキシルプロピオン酸、フェニルプ
ロピオン酸、ジフェノール酸、アダマンタンカルボン
酸、ノルボルナン酢酸、ビニル酢酸、ペンテン酸、アン
ゲリカ酸、クロトン酸、チグリン酸、ヘキセン酸、エラ
イジン酸、オクタデセン酸、アイコセン酸、エリカ酸、
テトラコセン酸、クロロアクリル酸、クロロラクトン
酸、クロロメタクリル酸、プロピオール酸、テトロール
酸、エチルプロピオール酸、ウンデシン酸、ステアロー
ル酸、タリリ酸、ベヘノール酸、ペンタジエン酸、ヘキ
サジエン酸、ジアリル酢酸、アイコサジエン酸、オクタ
トリエン酸、デヒドロゲラニウム酸、エレオステアリン
酸、デカテトラエン酸、ドコサヘキサエン酸、シュウ
酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピ
メリン酸、コルク酸、アゼライン酸、セバシン酸、ブラ
シリン酸、タプシン酸、クロロマロン酸、クロロコハク
酸、メチルマロン酸、メチルグルタル酸、メチルアジピ
ン酸、リンゴ酸、シクロヘキサンジプロピオン酸、フェ
ニルプロピオン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン
酸、メサコン酸、グルタコン酸、ジヒドロムコン酸、ム
コン酸、アセチレンジカルボン酸、クエン酸、アニコッ
ト酸、シクロヘキセンジプロピオン酸、フランジプロピ
オン酸、ピロールジプロピオン酸などを挙げることがで
きる。
【0130】芳香族カルボン酸類の具体例としては、安
息香酸、トルイル酸、ジメチル安息香酸、エチル安息香
酸、トリメチル安息香酸、クロロ安息香酸、トリフロロ
メチル安息香酸、ペンタフロロ安息香酸、クミン酸、メ
トキシ安息香酸、トリメトキシ安息香酸、ヒドロキシ安
息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリ
メリット酸、ピロメリット酸、ナフトエ酸、メチルナフ
トエ酸、ヒドロナフトエ酸、クロロナフトエ酸、ナフタ
レンジカルボン酸等を挙げることができる。
【0131】複素環カルボン酸類の具体例としては、コ
ール酸、デヒドロコール酸、デオキシコール酸などを挙
げることができる。カルボン酸無水物としては、上記カ
ルボン酸類の無水物であれば特に限定されないが、その
具体例としては、コハク酸無水物、マレイン酸無水物、
イタコン酸無水物、フタル酸無水物、ピロメリット酸無
水物、ナフタル酸無水物などを挙げることができる。カ
ルボン酸化合物は、それぞれ単独で、あるいは2種以上
を組み合わせて用いることができる。
【0132】本発明において用いられるカルボン酸化合
物(C)の配合割合は、前記重合体(B)100重量部
に対して、通常0.01〜100重量部、好ましくは
0.1〜20重量部である。この配合割合が0.01重
量部未満では添加による改善効果が不充分となり、10
0重量部を超えると残膜率の低下が見られたり、レジス
トパターンの形成が困難となる。
【0133】(D)アルカリ可溶性フェノール樹脂 本発明において用いられるアルカリ可溶性フェノール樹
脂としては、例えば、フェノール類とアルデヒド類との
縮合反応生成物、フェノール類とケトン類との縮合反応
生成物、ビニルフェノール系重合体、イソプロペニルフ
ェノール系重合体、これらフェノール樹脂の水素添加反
応生成物などが挙げられる。
【0134】フェノール類の具体例としては、フェノー
ル、クレゾール、キシレノール、エチルフェノール、プ
ロピルフェノール、ブチルフェノール、フェニルフェノ
ール等の一価のフェノール類;レゾルシノール、ピロカ
テコール、ハイドロキノン、ビスフェノールA、ピロガ
ロール等の多価のフェノール類;などが挙げられる。ア
ルデヒド類の具体例としては、ホルムアルデヒド、アセ
トアルデヒド、ベンズアルデヒド、テレフタルアルデヒ
ド等が挙げられる。ケトン類の具体例としては、アセト
ン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ジフェニル
ケトン等が挙げられる。これらの縮合反応は、常法にし
たがって行なうことができる。
【0135】ビニルフェノール系重合体は、ビニルフェ
ノールの単独重合体、及びビニルフェノールと共重合可
能な成分との共重合体から選択される。共重合可能な成
分の具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、スチ
レン、無水マレイン酸、マレイン酸イミド、及びこれら
の誘導体、酢酸ビニル、アクリロニトリルなどが挙げら
れる。
【0136】イソプロペニルフェノール系重合体は、イ
ソプロペニルフェノールの単独重合体、及びイソプロペ
ニルフェノールと共重合可能な成分との共重合体から選
択される。共重合可能な成分の具体例としては、アクリ
ル酸、メタクリル酸、スチレン、無水マレイン酸、マレ
イン酸イミド、及びこれらの誘導体、酢酸ビニル、アク
リロニトリルなどが挙げられる。
【0137】これらのフェノール樹脂の水素添加反応
は、任意の公知の方法によって実施することが可能であ
って、フェノール樹脂を有機溶剤に溶解し、均一系また
は不均一系の水素添加触媒の存在下、水素を導入するこ
とによって達成できる。これらのアルカリ可溶性フェノ
ール樹脂は、それぞれ単独でも用いられるが、2種類以
上を混合して用いてもよい。アルカリ可溶性フェノール
樹脂(D)の配合割合は、重合体(B)100重量部に
対して、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100
重量部である。
【0138】本発明のレジスト組成物には、必要に応じ
て、現像性、保存安定性、耐熱性などを改善するため
に、例えば、スチレンとアクリル酸、メタクリル酸また
は無水マレイン酸との共重合体、アルケンと無水マレイ
ン酸との共重合体、ビニルアルコール重合体、ビニルピ
ロリドン重合体、ロジン、シェラックなどを添加するこ
とができる。これらの任意成分の添加量は、重合体
(B)100重量部に対して、通常0〜50重量部、好
ましくは0〜20重量部である。
【0139】(レジスト組成物)本発明のレジスト組成
物は、基板に塗布してレジスト膜を形成するために、通
常、前記各成分を溶剤に溶解して用いる。溶剤として
は、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘ
キサノン、シクロペンタノン、シクロヘプタノン、ブチ
ロラクトン、2−ヘプタノンなどのケトン類;n−プロ
ピルアルコール、iso−プロピルアルコール、n−ブ
チルアルコール、t−ブチルアルコールなどのアルコー
ル類;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレン
グリコールジエチルエーテル、ジオキサンなどのエーテ
ル類;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、プロピレングリコー
ルモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチ
ルエーテルなどのアルコールエーテル類;ギ酸プロピ
ル、ギ酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオ
ン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、酪酸エ
チルなどのエステル類;2−オキシプロピオン酸メチ
ル、2−オキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロ
ピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2
−エトキシプロピオン酸エチルなどのモノオキシカルボ
ン酸エステル類;セロソルブアセテート、メチルセロソ
ルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピ
ルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート
などのセロソルブエステル類;プロピレングリコール、
プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレン
グリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレン
グルコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレン
グリコールモノブチルエーテルなどのプロピレングリコ
ール類;ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジ
エチレングリコールモノエチルエーテル、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メチルエチルエー
テルなどのジエチレングリコール類;トリクロロエチレ
ンなどのハロゲン化炭化水素類;トルエン、キシレンな
どの芳香族炭化水素類;ジメチルアセトアミド、ジメチ
ルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N−メチル
ピロリドンなどの極性溶媒;などが挙げられる。これら
の溶剤は、単独でも2種類以上を混合して用いてもよ
い。本発明のレジスト組成物には、必要に応じて、界面
活性剤、保存安定剤、増感剤、ストリエーション防止
剤、可塑剤、ハレーション防止剤などの相溶性のある添
加剤を含有させることができる。
【0140】本発明のレジスト組成物の現像液として
は、通常、アルカリの水溶液を用いるが、具体的には、
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ケイ酸ナトリウ
ム、アンモニアなどの無機アルカリ類;エチルアミン、
プロピルアミンなどの第一アミン類;ジエチルアミン、
ジプロピルアミンなどの第二アミン類;トリメチルアミ
ン、トリエチルアミンなどの第三アミン類;ジエチルエ
タノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルコー
ルアミン類;テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、
テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルヒ
ドロキシメチルアンモニウムヒドロキシド、トリエチル
ヒドロキシメチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチ
ルヒドロキシエチルアンモニウムヒドロキシドなどの第
四級アンモニウム塩;などが挙げられる。
【0141】さらに、必要に応じて上記アルカリ水溶液
に、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、
エチレングリコールなどの水溶性有機溶剤、界面活性
剤、保存安定剤、樹脂の溶解抑制剤などを適量添加する
ことができる。本発明のレジスト組成物は、その溶剤溶
液を用いてシリコンウエハなどの基板表面に常法により
塗布した後、溶剤を乾燥除去することによりレジスト膜
を形成することができる。塗布方法としては、特にスピ
ンコーティングが賞用される。また、露光は、遠紫外
線、KrFエキシマレーザー光、i線(365nm)な
どを光源として用いることにより、微細なパターンを形
成することができる。露光後、熱処理(露光後ベーク)
を行うと、感度の向上と安定化が図れるため、好まし
い。
【0142】本発明のレジスト組成物において、重合体
(B)は、活性光線の照射により酸を生成可能な化合物
(A)に由来する酸の作用を受けて、被照射部分の溶解
度が変化する。本発明のレジスト組成物は、アルカリ現
像液を用いることにより、ポジ型レジストとして作用す
る。本発明のレジスト組成物は、カルボン酸化合物
(C)を含有しているため、レジストパターン表面部分
における難溶化層の生成が抑制され、プロセス余裕度も
向上する。また、アルカリ可溶性フェノール樹脂を併用
すると、プロセス余裕度が向上する。
【0143】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明する。なお、各例中の部及び%は、特に断りのな
い限り重量基準である。
【0144】[実施例1] 化合物(8)と4−ヒドロキシスチレンの共重合体 100部 (Mw=6500、共重合モル比=48/52) トリフェニルスルホニウムトリフレート 5部 表1に示す添加剤 2部 フッ素系界面活性剤 0.01部 プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 380部 これらを混合して溶解し、孔径0.1μmのテトラフル
オロエチレンフィルター(ミリポア社製テフロンフィル
ター)で濾過し、レジスト溶液を調製した。上記レジス
ト溶液をシリコンウエハ上にスピナーで塗布した後、1
10℃で90秒間ベークし、厚さ1.0μmのレジスト
膜を形成した。
【0145】このレジスト膜を形成したシリコンウエハ
をKrFエキシマレーザーステッパNSR1755EX
8A(NA=0.45、ニコン社製)とテスト用レチク
ルを用いて露光し、20分間放置後、90℃で60秒間
露光後ベークを実施した。次いで、テトラメチルアンモ
ニウムヒドロキシド水溶液(濃度2.38%)で23
℃、1分間、浸漬法により現像してポジ型パターンを得
た。パターンの形成されたシリコンウエハを取り出して
電子顕微鏡で観察し、その結果を表1に示した。添加剤
としてカルボン酸化合物を添加した本発明例のレジスト
(実験番号1〜6)では、表面難溶化層の形成は軽微で
あり、かつ、解像性は添加剤を配合していないレジスト
(実験番号7)に比べて良好であった。
【0146】
【表1】
【0147】[実施例2] 化合物(47)とスチレンの共重合体 100部 (Mw=12400、共重合モル比=57/43) トリフェニルスルホニウムトリフレート 5部 表2に示す添加剤 3部 フッ素系界面活性剤 0.01部 シクロヘキサノン 430部 これらを混合して溶解し、孔径0.1μmのテトラフル
オロエチレンフィルター(ミリポア社製テフロンフィル
ター)で濾過し、レジスト溶液を調製した。上記レジス
ト溶液をシリコンウエハ上にスピナーで塗布した後、1
10℃で90秒間ベークし、厚さ0.70μmのレジス
ト膜を形成した。
【0148】このレジスト膜を形成したシリコンウエハ
をKrFエキシマレーザーステッパNSR1755EX
8A(NA=0.45、ニコン社製)とテスト用レチク
ルを用いて露光し、直ちに、90℃で60秒間露光後ベ
ークを実施した。次いで、テトラメチルアンモニウムヒ
ドロキシド水溶液で23℃、1分間、浸漬法により現像
して、感度を評価した。また、同様の方法でレジストを
塗布した別のシリコンウエハを露光し、20分間放置後
に露光後ベークを実施したこと以外は、前記と同様に操
作を行った。
【0149】露光後、直ちに露光後ベークを実施した時
の感度(E0 th)に対する20分間放置後に露光後ベー
クを実施した時の感度(E1 th)の比E1 th/E0 th
算出し、表2に示した。表2の結果から明らかなよう
に、カルボン酸化合物を添加した本発明例(実験番号8
〜13)の方が、添加剤を添加してない場合(実験番号
14)に比べて、感度の変化が小さいことが分かる。
【0150】
【表2】 (脚注) E0 th:露光後、直ちに露光後ベークを実施した時の感
度 E1 th:露光後、20分間放置後に露光後ベークを実施
した時の感度
【0151】[実施例3] 化合物(7)とスチレンの共重合体 100部 (Mw=48000、共重合モル比=48/52) ビス(t−ブチルフェニルスルホニル)ジアゾメタン 5部 メトキシ安息香酸 1部 フッ素系界面活性剤 0.01部 プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 350部 これらを混合して溶解し、孔径0.1μmのテトラフル
オロエチレンフィルター(ミリポア社製テフロンフィル
ター)で濾過し、レジスト溶液を調製した。上記レジス
ト溶液をシリコンウエハ上にスピナーで塗布した後、1
10℃で90秒間ベークし、厚さ1.0μmのレジスト
膜を形成した。
【0152】このレジスト膜を形成したシリコンウエハ
をKrFエキシマレーザーステッパNSR1755EX
8A(NA=0.45、ニコン社製)とテスト用レチク
ルを用いて露光し、90℃で60秒間露光後ベークを実
施した。次いで、テトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド水溶液で23℃、1分間、浸漬法により現像してポジ
型パターンを得た。感度を評価すると38mJ/cm2
であり、パターンの膜厚を膜厚計アルファステップ20
0(テンコー社製)で測定すると0.92μmであっ
た。パターンの形成されたシリコンウエハを取り出して
電子顕微鏡で観察したところ、0.35μmのパターン
が解像しており、表面難溶化層は観察されなかった。
【0153】[実施例4] 化合物(46)とメチルメタクリレートの共重合体 100部 (Mw=18000、共重合モル比=50/50) トリフェニルスルホニウムトリフレート 5部 コハク酸無水物 3部 フッ素系界面活性剤 0.01部 プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 450部 これらを混合して溶解し、孔径0.1μmのテトラフル
オロエチレンフィルター(ミリポア社製テフロンフィル
ター)で濾過し、レジスト溶液を調製した。上記レジス
ト溶液をシリコンウエハ上にスピナーで塗布した後、9
0℃で90秒間ベークし、厚さ0.70μmのレジスト
膜を形成した。
【0154】このレジスト膜を形成したシリコンウエハ
をKrFエキシマレーザーステッパNSR1755EX
8A(NA=0.45、ニコン社製)とテスト用レチク
ルを用いて露光し、90℃で60秒間露光後ベークを実
施した。次いで、テトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド水溶液で23℃、1分間、浸漬法により現像してポジ
型パターンを得た。感度を評価すると32mJ/cm2
であり、パターンの膜厚を膜厚計アルファステップ20
0(テンコー社製)で測定すると0.63μmであっ
た。パターンの形成されたシリコンウエハを取り出して
電子顕微鏡で観察したところ、0.30μmのパターン
が解像しており、表面難溶化層は観察されなかった。
【0155】
【発明の効果】本発明によれば、感度、解像度、耐エッ
チング性、保存安定性、プロセス余裕度などに優れ、し
かも表面部分における難溶化層の生成が抑制されたレジ
スト組成物が提供される。本発明のレジスト組成物は、
特に半導体素子の微細加工用ポジ型レジストとして好適
である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 G03F 7/033 H01L 21/027 (72)発明者 三沢 真理 神奈川県川崎市川崎区夜光一丁目2番1号 日本ゼオン株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(A)活性光線の照射により酸を生成可能
    な化合物、(B)酸に対して不安定な基を持つ構造単位
    を有し、かつ、化合物(A)に由来する酸の存在下に該
    基が開裂してアルカリ可溶性となる重合体、及び(C)
    カルボン酸化合物を含有することを特徴とするレジスト
    組成物。
  2. 【請求項2】さらに、(D)アルカリ可溶性フェノール
    樹脂を含有する請求項1記載のレジスト組成物。
  3. 【請求項3】 重合体(B)が、酸に対して不安定な基
    を持つ構造単位として、下記一般式(I)、(II)及
    び(III)で示される構造単位から選ばれる少なくと
    も1種の構造単位を含有するものである請求項1または
    2記載のレジスト組成物。 【化1】 〔式中、R1及びR2は、互いに同一または異なり、水素
    原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1〜5のアルキ
    ル基、または炭素数1〜5の置換アルキル基であり、R
    3は、線状アセタール基、環状アセタール基、カーボネ
    ート基、または−OR9である。ただし、R9は、 【化2】 または 【化3】 である。(ただし、これらの式中、R10、R11、R12
    13、R14及びR15は、それぞれ独立に、鎖状アルキル
    基、置換鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、置換分岐
    状アルキル基、環状アルキル基、置換環状アルキル基、
    アルケニル基、置換アルケニル基、アリール基、置換ア
    リール基、アラルキル基、または置換アラルキル基を表
    し、これらのうち、R13及びR14は、水素原子であって
    もよい。)〕 【化4】 〔式中、R4は、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、
    炭素数1〜5のアルキル基、または炭素数1〜5の置換
    アルキル基であり、R5は、 【化5】 または 【化6】 である。(ただし、これらの式中、R10、R11、R12
    13、R14及びR15は、それぞれ独立に、鎖状アルキル
    基、置換鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、置換分岐
    状アルキル基、環状アルキル基、置換環状アルキル基、
    アルケニル基、置換アルケニル基、アリール基、置換ア
    リール基、アラルキル基、または置換アラルキル基を表
    し、これらのうち、R13及びR14は、水素原子であって
    もよい。)〕 【化7】 〔式中、R6及びR7は、互いに同一または異なり、水素
    原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1〜5のアルキ
    ル基、または炭素数1〜5の置換アルキル基であり、R
    8は、 【化8】 または 【化9】 である。(ただし、これらの式中、R10、R11、R12
    13、R14及びR15は、それぞれ独立に、鎖状アルキル
    基、置換鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、置換分岐
    状アルキル基、環状アルキル基、置換環状アルキル基、
    アルケニル基、置換アルケニル基、アリール基、置換ア
    リール基、アラルキル基、または置換アラルキル基を表
    し、これらのうち、R13及びR14は、水素原子であって
    もよい。)〕
JP5312670A 1993-06-29 1993-11-18 レジスト組成物 Pending JPH0792679A (ja)

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