JPH02254450A - レジスト - Google Patents

レジスト

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JPH02254450A
JPH02254450A JP1077037A JP7703789A JPH02254450A JP H02254450 A JPH02254450 A JP H02254450A JP 1077037 A JP1077037 A JP 1077037A JP 7703789 A JP7703789 A JP 7703789A JP H02254450 A JPH02254450 A JP H02254450A
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resist
phenol
heat resistance
mol
cresol
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JP1077037A
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Toru Gokochi
透 後河内
Akitoshi Kumagai
熊谷 明敏
Tsukasa Tada
宰 多田
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、微細なレジストパターン形成に有用なレジス
トに関する。
(従来の技術) LSI等の半導体装置の製造を始めとする平板プロセス
の分野においては、レジストが広く用いられている。特
に、電子機器の多機能化、高度化に伴って高密度化を図
るために、レジストパターンの微細化と共に、最近のエ
ツチング手段として広く使用されているリアクティブイ
オンエツチング(RIE)に際して耐熱性が要求されて
いる。
上述した要求に対応して従来より耐熱性、解像性に優れ
たレジストとして、例えば特開昭62−35349号、
特開昭61−164740号等が提案されている。しか
しながら、これらのレジストを用いてパターン形成を行
う際、レジストの解像性を上げるためにはp−クレゾー
ルの含有量を多くする必要がある。その結果、アルカリ
可溶性の低下による感度低下、分子量減少による耐熱性
低下等の問題があり、その組成及び性能に限界があ7た
また、ネガ型のレジストにおいては耐熱性の問題もさる
ことながら、特に短波長の光を用いた露光を行う際、レ
ジストの光吸収が大きいために、レジストの底部まで光
が届かず、その結果パターンプロファイルの不良を招く
という問題があった。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、感度、解像性に優れ、特に耐熱性に優れたポジ型
レジスト、並びに透明性に優れたネガ型レジストを提供
しようとするものである。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、下記一般式(1)にて表わされるハロゲン化
フェノールとクレゾール、キシレゾール、Let−ブチ
ルフェノール及びプロペニルフェノールから選ばれる1
種又は2 Fli以上のフェノール誘導体とをカルボニ
ル化合物で縮合したノボラック樹脂を含有することを特
徴とするレジストである。
但し、式中のRoはFSC(1、Brがら選ばれるハロ
ゲン原子を示す。
上記一般式(1)にて表されるハロゲン化フェノールと
しては、例えば0−クロロフェノール% ln−クロロ
フェノール、p−クロロフェール、。−ブ。モフェノー
ル、1−ブロモフェノール、p−ブロモフェノール、0
−フルオロフェノール、■−フルオロフェノール、p−
フルオロフェノール等を挙げることができる。
上記クレゾールとしては、例えば0−クレゾール、l−
クレゾール、p−クレゾール等から選ばれる1種または
2種以上を用いることができる。
上記キシレゾールとしては、多くのキシレゾール化合物
があるが、中でも2.5−キシレゾール、3゜5−キシ
レゾールが有用である。
上記tet−ブチルフェノールとしては、例えば〇−t
et−ブチルフェノール、m−tet−ブチルフェノー
ル、p−tct−ブチルフェノール等から選ばれる1種
または2種以上を用いることができる。
上記カルボニル化合物としては、例えばホルムアルデヒ
ド、アセトアルデヒド、アセトン、ベンゾアルデヒド、
ベンジルアルデヒド等を挙げることができる。また、ア
セトンのようにオキシ塩化リンなどにより縮合剤として
作用するもの等も使用できる。
上記ノボラック樹脂は、基本的には前記一般式(1)に
て表わされるハロゲン化フェノールとフェノール誘導体
とを任意の配合比率にてカルボニル化合物で混合、縮合
することにより得られるが、以下に説明するようにレジ
ストの使用形態(ポジ型、ネガ型等)に応じて一般式(
1)のハロゲン化フェノールにおけるハロゲンの種類、
ハロゲン化フェノールとフェノール誘導体との配合比率
等を調節することが望ましい。
■長波長の紫外線(波長300 ron以上)に用いる
ポジ型レジスト このポジ型レジストでは、ノボラック樹脂の一方の共重
合成分であるハロゲン化フェノールとして前記一般式に
導入されるR1がc、17、F’、Brのいずれのもの
も用いることができる。ハロゲン化フェノールのノボラ
ック樹脂中のモル比率(全フェノール中のモル比率)は
、該ハロゲン化フェノールがp−置換体又は〇−置換体
である場合、0.1〜0.7の範囲とすることが望まし
く、1−置換体である場合、0.1〜0.9の範囲とす
ることが望ましい。この理由は、前記モル比率の範囲を
逸脱すると、感度、耐熱性の優れたポジ型レジストを得
ることが困難となるからである。また、かかる組成のノ
ボラック樹脂の分子量はポリスチレン換算で2000〜
20000の範囲とすることが望ましい。更に詳述すれ
ば、ハロゲン化フェノールに対する共重合成分(フェノ
ール誘導体)がクレゾールである場合、分子量は600
0〜20000の範囲が望ましく、ノボラック樹脂に少
なくとも0.1モル比率以上のキシレゾール、Let−
ブチルフェノールを含む場合、分子量は3000〜1o
oooの範囲とすることが望ましい。この理由は、前記
分子量の範囲を逸脱すると感度、耐熱性の優れたポジ型
レジストを得ることが困難となるからである。
■短波長の紫外線又は電離放射線に用いるポジ型レジス
ト このポジ型レジストでは、ノボラック樹脂の一方の共重
合成分であるハロゲン化フェノールとして前記一般式に
導入されるR1がFのものも用いることが望ましい。ま
た、ハロゲン化フェノールに対する共重合成分(フェノ
ール誘導体)はキシレゾール又はtet−ブチルフェノ
ールを少なくともu Hすることが望ましい。ハロゲン
化フェノールのノボラック樹脂中のモル比率(全フェノ
ール中のモル比率)は、該ハロゲン化フェノールがp−
置換体である場合、0.1〜0.5の範囲とすることが
望ましく、m−置換体である場合、0.1〜0.9の範
囲とすることが望ましい。この理由は、前記モル比率の
範囲を逸脱すると、感度、耐熱性の優れたポジ型レジス
トを得ることが困難となるからである。基本的には、ハ
ロゲン化フェノールがモル比率で0,1以土倉まれてい
れば耐熱性の向上化を達成できる。また、かかる組成の
ノボラック樹脂の分子量はポリスチレン換算で2000
〜7000の範囲とすることが望ましい。この理由は、
前記分子量の範囲を逸脱すると感度、耐熱性が損なわれ
、特に分子量が高くなるに伴って架橋反応が促進されて
ポジ型としての作用が損なわれるからである。
また、電離放射線の使用においてはハロゲン化フェノー
ルに対する共重合成分(フェノール誘導体)としてイソ
プロペニルフェノールを用いると該放射線によって樹脂
が分解され易くなるため−a用である。かかるイソプロ
ペニルフェノールはp−置換体又は〇−置換体が望まし
く、m−置換体は感度低下を招くため望ましくない。こ
れらp−又は0−置換体のイソプロペニルフェノールの
ノボラック樹脂中のモル比率(全フェノール中のモル比
率)は、0.2以下とすることが望ましい。この理由は
、前記モル比率が0.2を越えると、電離放射線の照射
時にインプロペニル基の開裂重合によって分子量が上昇
しすぎ、ゲル化が生じるからである。
■ネガ型レジスト(特に短波長の紫外線又は電離放射線
に適したネガ型レジスト) このネガ型レジストでは、ノボラック樹脂の一方の共重
合成分であるハロゲン化フェノールとして前記一般式に
導入されるR1がCg又はBrのものも用いることが望
ましい。ハロゲン化フェノールのノボラック樹脂中のモ
ル比率(全フェノール中のモル比率)は、該ハロゲン化
フェノールがp−置換体である場合、0.1〜0.7の
範囲とすることが望ましく、m−置換体である場合、0
.1〜0.9の範囲とすることが望ましい。この理由は
、前記モル比率の範囲を逸脱すると、感度、耐熱性の優
れたネガ型レジストを得ることが困難となるからである
。基本的には、ハロゲン化フェノールがモル比率で0.
1以土倉まれていれば耐熱性の向上化を達成できる。ま
た、ハロゲン化フェノールに対する共重合成分(フェノ
ール誘導体)はクレゾール、キシレゾールが好適である
が、tet−ブチルフェノールも使用可能である。かか
る組成のノボラック樹脂の分子量はクレゾールのみが共
重合成分である場合、ポリスチレン換算で5000〜2
0000の範囲、キシレゾールやtct−ブチルフェノ
ールを含む場合、3000〜tooooとすることが望
ましい。この理由は、前記分子量の範囲を逸脱すると感
度、耐熱性の優れたネガ型レジストを得ることが困難と
なるからである。
また、ハロゲン化フェノールに対する共重合成分(フェ
ノール誘導体)として特にアリルフェノールを用いると
高感度化を達成できる。かかるアリルフェノールのノボ
ラック樹脂中のモル比率(全フェノール中のモル比率)
は、0.2以下とすることが望ましい。この理由は、前
記モル比率が0.2を越えると、合成中にアニル基の開
裂重合によって分子量が上昇しすぎ、ゲル化が生じるか
らである。
本発明に係わるレジストでは、ジアゾ化合物又はアジド
化合物を含有する感光光剤を配合することによって高感
度化を図ることができる。かかる感光剤としては、例え
ばp−ベンゾキノンジアジドスルホン酸のβ−ナフチル
アミドのようなp−キノンジアジド類、英国特許第72
3382号明細書及び同特許第942402号明細書に
記載されたp−イミノキノンジアジド類、英国特許第1
110017号明細書及びフランス特許第202241
3号明細書に記載されたジアゾニウム塩とホルムアルデ
ヒドとの有機溶剤可溶の縮合生成物類、p−ジアゾジフ
ェニルアミン塩及び4.4−ビスメトキシメチルジフェ
ニルエーテルとホルムアルデヒドとの共縮合生成物のよ
うな芳香族ジアゾニウム塩類、及び他の芳香族生成物類
とホルムアルデヒドとの共重合生成物類、並びに英国特
許第745886号明細書に記載されたアジド化合物類
のような芳香族アジド類を挙げることができる。
上記感光剤の中で、ポジ型感光剤としては特に0−ナフ
トキノンジアジドカルボン酸もしくは0−ナフトキノン
ジアジドカルボン酸の芳香族エステル又はアミドのよう
な0−キノンジアジド類が好適である。中でも、ポリヒ
ドロキシベンゾフェノンのナフトキノンシアジアゾスル
フォン酸エステル類はより好適である。具体的には、2
.3.4−hリヒドロキシベンゾフエノンの1,2−ナ
フトキノンジアジドスルホン酸エステル類や2,3,4
.4 −テトラヒドロキシベンゾフェノンの1.2−ナ
フトキノンジアジドスルホン酸エステル類等が最も好適
である。
上記感光剤として好適な2種のうち後者のもの(2,3
,4,4−−テトラヒドロキシベンゾフェノンの1,2
−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステル類)は、レ
ジストの耐熱性を向上できるために好ましい。また、こ
れらの感光剤において1,2−ナフトキノンジアジドス
ルホン酸による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率は該2,3,4.4 −テト
ラヒドロキシベンゾフェノン中の水酸基総数の40〜1
00%とすることが望ましい。例えば、ナフトキノンジ
アジドの導入数は2,3,4.4 −テトラヒドロキシ
ベンゾフェノンの1つの分子当り平均1,6〜4個を示
しており、一般に1.2.3.4の導入数を有するテト
ラヒドロキシベンゾフェノンの混合物である。
一方、上記感光剤の中でネガ型感光剤としてはアジド化
合物が適しているが、特に後掲する第1表の一般式(I
I)で表されるビスアジド化合物を用いることが望まし
い。このようなビスアジド化合物を後掲する第2表中に
構造式(1)〜(12)として具体的に例示する。また
、一般式(II)以外のアジド化合物を後掲する同第2
表中に構造式(13〉〜(16)として具体的に例示す
る。
上記感光剤の上記ノボラック樹脂に対する配合量は、既
述したノボラック樹脂の各構成単位の比率(組成比)に
よって−概に限定できないが、通常、感光剤はノボラッ
ク樹脂の総固形分瓜に対して5〜30重二%配合するこ
とが望ましい。この理由は、感光剤の配合量が前記範囲
を逸脱すると、レジストの解像性、耐熱性、基板などへ
の密着性、感度等のいずれかが著しく低下する恐れがあ
る。
本発明に係わるレジストをネガ型として用いる場合、短
波長の紫外線に対する透明度を向上するために、前記感
光剤の一部又は全部をアミノブラスト樹脂で置換するこ
とが望ましい。前記アミノブラスト樹脂を含むレジスト
を露光後にベータ処理すると、高感度で露光部が架橋す
るために望ましい。かかるアミノブラスト樹脂としては
、例えばメラミン−ホルムアルデヒド樹脂、尿素−ホル
ムアルデヒド樹脂、グリコール−ホルムアルデヒド樹脂
、ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド樹脂から選ばれ
る単独もしくは2種以上の混合物を挙げることができる
。市販のアミノブラスト樹)侶を例示すると、アメリカ
ン・サイナミド社のCymel及びBeetleシリー
ズ等が知られている。
本発明に係わるレジストは、更に必要に応じて紫外線吸
収剤、増感剤、貯蔵安定性を図るための安定化剤、基板
からのハレーションを防止するためのハレーション防止
剤、基板との密着性を向上させるための密着性向上剤、
塗膜の表面を平滑化するための界面活性剤、或いは塗膜
の改質のための池のポリマー、例えばエポキシ樹脂、ポ
リメチルメタクリレート樹脂、ポリメチルアクリレート
樹脂、プロピレンオキシド−エチレンオキシド共重合体
、ポリスチレン等を配合することも可能である。
本発明に係わるレジストは、上述したノボラック樹脂、
感光剤を溶剤に溶解し、濾過することによって古られる
。かかる溶剤としては、例えばエチ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・
アセテート系単独もしくはエチルセロソルブアセテート
、ブチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブ、メ
チルセロソルブから選ばれる2種以上の混合液等が好適
である。但し、これらにキシレン、トルエン、酢酸ブチ
ル、γ−ブチルラクトン、ジメチルフォルムアミド、又
はイソプロピルアルコールなどの脂肪族アルコール等を
適m aんでいてもよく、更に微量の界面活性剤を配合
してもよい。
次に、本発明のレジストによるレジストパターンの形成
工程を説明する。
まず、基板上に上記ノボラック樹脂及び感光剤を含み、
前記溶剤で溶解された本発明のレジスト溶液を回転塗布
法やデイピング法により塗布した後、150℃以下、好
ましくは70〜120℃で乾燥してレジスト膜を形成す
る。ここに用いる基板としては、例えばシリコン単結晶
ウェハ単体、表面に絶縁膜や導電膜等の各種の被膜が堆
積された同ウェハ又はマスクブランク等を挙げることが
できる。
次いで、前記レジスト膜を露光する。この露光光源とし
ては、紫外線が通常用いられるが、その他、短波長の紫
外線、電子線、X線等を使用することができる。つづい
て、露光後のレジスト膜をアルカリ水溶液で現像処理し
て所望のレジストパターンを形成する。なお、アミノブ
ラスト樹脂を自存するレジストの場合には露光したレジ
スト膜を110℃で1〜5分間程度ベーキング処理を行
らた後、アルカリ水溶液で現像処理して所望のレジスト
パターンを形成する。ここに用いるアルカリ水溶液とし
ては、例えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水
溶液、コリン水溶液等を挙げることができる。
(作用) 本発明に係わるレジストは、ポジ型の場合、前記一般式
(1)に示すハロゲン化フェノールを共重合組成として
いるため、アルカリ可溶性に優れ、かつ耐熱性の向上化
を達成できる。
即ち、p−置換クレゾール等のフェノール誘導体を多く
含むノボラック樹脂からなる通常のレレジストでは、解
像性が向上することが知られれているが、アルカリ可溶
性が低下し、しかもノボラック樹脂自体を高分子量化す
ることが困難であるため、耐熱性が低下する。これに対
し、本発明のポジ型レジストでは前記一般式(I)に示
すノ10ゲン化フェノールを共重合組成とすることによ
って、これと共重合されるフェノール誘導体中のp−置
換クレゾール笠の比率を上昇しても、前記一般式(I)
のR,として導入されたハロゲンによる優れた耐熱性と
アルカリ可溶性を維持でき、更に高感度化を達成できる
また、ネガ型レジストの場合にはノボラック樹脂内に短
波長の紫外線に対して光架橋反応性を示すR2としてC
Ω、Brの置換基を導入することができるため、それ自
身高感度のレジストとなり、ネガ型感光剤の添加量を減
少することができる。
その結果、レジストの透明性が向上し、良好なプロファ
イルを有するレジストパターンを形成できる。更にアミ
ノブラスト樹脂を配合することによって、より架橋効率
が向上するため、高感度のネガ型レジストを得ることが
できる。
従って、本発明に係わるレジストを基板上に塗布してレ
ジスト膜を形成し、露光、アルカリ現像処理することに
より良好なパターンプロファイルと優れた耐熱性を有す
る微細なレジストパターンを形成でき、ひいては該レジ
ストパターンをエツチングマスクとして基板等のドライ
エツチングを行なうことによって、該パターンのだれ等
を生じることなく基板等に忠実に転写、エツチング加工
できる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を詳細に説明す。
[合成例1] l−クレゾール0.3モル、p−クレゾール0.5モル
及びm−クロロフェノール0.2モルをホルムアルルデ
ヒド0,6モル、シュウ酸1g、水分14gを撹拌し、
加熱して6時間反応させた後、加熱しながら減圧し、未
反応物及び水分を留去してノボラック樹脂(CL−1)
を合成した。
[合成例2] 3.5−キシレゾール0.3モル、■−クロロフェノー
ル0.35モル及びp−クレゾール0.35モルをホル
ムアルルデヒド0,6モル、シュウ酸1g1水分14g
を撹拌し、加熱して10時間反応させた後、加熱しなが
ら減圧し、未反応物及び水分を留去してノボラック樹脂
(CL−2)を合成した。
[合成例3] p−Letブチルフェノール0.5モル、p−クレゾー
ル0,3モル及びp−クロロフェノール0.2モルをポ
ルムアルルデヒド0.6モル、シュウ酸1g1水分14
gを撹拌し、加熱して10時間反応させた後、加熱しな
がら減圧し、未反応物及び水分を留去してノボラック樹
脂(CL−3)を合成した。
[合成例4コ ■−クレゾール0.3モル、p−クレゾール0.5モル
及びm−ブロモフェノール0.2モルをホルムアルルデ
ヒド0,6モル、シュウ酸1g1水%14gを撹拌し、
加熱して6時間反応させた後、加熱しながら減圧し、未
反応物及び水分を留去してノボラック樹脂(BI?−1
)を合成した。
[合成例5コ m−クレゾール0.3モル、p−クレゾール0.5モル
及びm−フルオロフェノール0,2モルをホルムアルル
デヒド0.0モル、シュウ酸1g、水分14gを撹拌し
、加熱して6時間反応させた後、加熱しながら減圧し、
未反応物及び水分を留去してノボラック樹脂(PR−1
)を合成した。
[合成例6] 3.5−キシレゾール0.3モル、m−フルオロフェノ
ール0.31モル及びp−フルオロフェノール0.39
モルをホルムアルルデヒド0.6モル、シュウ酸1g1
水分14gを撹拌し、加熱して10時間反応させた後、
加熱しながら減圧し、未反応物及び水分を留去してノボ
ラック樹脂(PR−2)を合成した。
[合成例7] p−Letブチルフェノール0.5モル、p−クレゾー
ル0.3モル及びp−フルオロフェノール0.2モルを
ホルムアルルデヒド0.6モル、シュウ酸1g、水分1
4gを撹拌し、加熱して10時間反応させた後、加熱し
ながら減圧し、未反応物及び水分を留去してノボラック
樹脂(PR−3)を合成した。
[レジスト溶液の調製例] 後掲する第3表に示すように前記合成例1〜7で合成し
たノボラック樹脂及び感光剤を用い、これらを同第3表
に示す割合で混合し、エチルセロソルブアセテートで溶
解して9種のレジスト溶液(A)〜(1)を調製した。
但し、エチルセロソルブアセテートはレジストの全固形
分100重量部に対して250重量部配合した。
[実施例1〜13] まず、前記調製例で調製した9種のレジスト溶液を、シ
リコンウェハ上に夫々スピンコード法により塗布して厚
さ1.5μmのレジスト膜を形成した。つづいて、これ
らレジスト膜を後掲する第4表に示す条件で露光した。
次いで、露光後の各レジスト膜を2.3891a度のテ
トラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で50秒間
現像処理して13種のレジストパターンを形成した。
しかして、本実施例1〜13により形成されたレジスト
パターンについて、感度(最適露光量で評価)、最適露
光量での解像性及びホットプレート上で加熱した時の変
形温度(耐熱性)を調べた。
その結果を後掲する同第4表に併記した。
後掲する第4表から明らかなように本実施例1〜13の
レジストは優れた感度、解像性及び耐熱性を有すること
がわかる。
[発明の効果] 以上詳述した如く、本発明によれば感度、解像性に優れ
ているのみならず、耐熱性が高く、形成されたレジスト
パターンをエツチングマスクとして基板等をドライエツ
チングする際、該パターンのだれが生じ難く、基板等に
忠実なパターン転写(エツチング加工)を行なうことが
でき、ひいては高集積度の半導体装置等を製造するため
のフォトエツチング工程に有効に利用し得るレジストを
提供できる。
第 表 但し、 式中のR2は−CH2− −CH=CH− CH。
第 表 (続き) α〔 (ハ) 第 表 第 表 (続き)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下記一般式( I )にて表わされるハロゲン化フ
    ェノールとクレゾール、キシレゾール、tet−ブチル
    フェノール及びプロペニルフェノールから選ばれる1種
    又は2種以上のフェノール誘導体とをカルボニル化合物
    で縮合したノボラック樹脂を含有することを特徴とする
    レジスト。 ▲数式、化学式、表等があります▼( I ) 但し、式中のR_1はF、Cl、Brから選ばれるハロ
    ゲン原子を示す。
  2. (2)補助感光剤としてジアゾ化合物又はアジド化合物
    を含有することを特徴とするる請求1項記載のレジスト
  3. (3)アミノブラスト樹脂をネガ型増感剤として含有す
    ることを特徴とする請求項1記載のレジスト。
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