JPH0247656A - ポジ型フォトレジスト - Google Patents

ポジ型フォトレジスト

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JPH0247656A
JPH0247656A JP19715688A JP19715688A JPH0247656A JP H0247656 A JPH0247656 A JP H0247656A JP 19715688 A JP19715688 A JP 19715688A JP 19715688 A JP19715688 A JP 19715688A JP H0247656 A JPH0247656 A JP H0247656A
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JP
Japan
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xylenol
resin
heat resistance
phenol
alkali
Prior art date
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Pending
Application number
JP19715688A
Other languages
English (en)
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 JPH0247656A publication Critical patent/JPH0247656A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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】 [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
リ可溶性ノボラック樹脂及び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易に
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dツもほとんどなく、高残膜率を保
持する。その結果、高解像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扛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。
例えば、樹脂に関しては、特開昭58−17112.特
開昭(i2−35348.特開昭(i2−130G37
において、〇−/ m −/ p−クレゾールの組成比
を限定することにより、高感度、高解像性を達成できる
ことが、開示されている。また、特開昭60−1584
40.特開昭GO−11115741.特開昭81−2
75748.特開昭82−138837においては、m
−/p−クレゾール/キシレノールに関する組成比の開
示がある。
[発明が解決しようとする課題] 一般に、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、パターンプロファイルの矩形性及びプロセス安定
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、パターンプロファイルの矩形性及びプロセス安定
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、他の諸特性を低下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、上述のo −/ m −/ p−クレゾール、m
 −/ p−クレゾール/キシレノール樹脂は良好な特
性を示すが、それぞれの単量体の反応速度が大きく異な
るために、ランダムな共重合体は得られ難く、品質管理
が困難であった。
マタ、ランダムな共重合体を合成すれば、ブロック的な
共重合体と比較して、ミクロオーダーでヨ11)均質な
フィルムが形成可能となり、フィルムの溶解性が一層均
一になるために、その特性はさらに向上するものと予想
できる。
[課題を解決するための手段] 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、下記一般式(I)で表される共縮重合体を含む
アルカリ可溶性ノボラック樹脂階を用いることによって
、感度及びプロセス安定性を維持したまま、解像度、パ
ターンプロファイル及び耐熱性を向上させることができ
ることを見い出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明はアルカリ可溶性樹脂及び1.2−キノン
ジアジド系感光剤からなるポジ型フォトレジストにおい
て、そのアルカリ可溶性樹脂が実質的に一般式(1)、 (式中、m及びnは正の差数を示し、m / nは99
.910.1〜0.1/99.9である。)で示される
フェノール/キシレノール共縮重合体で構成されたノボ
ラック樹脂からなることを特徴とす全ポジ型フォトレジ
スト及びこのポジ型フォトレジストを用いるパターン形
成方法を提供するものである。
本発明のポジ型フォトレジストにおいては、そのフェノ
ール/キシレノール共縮重合体のキシレノール成分が、
3.4−キシレノールに由来する場合に、特性が特に優
れている。
本発明のアルカリ可溶性ノボラック樹脂は、フェノール
、キシレノール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、必要に応じて、水酸基の一部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、安息香酸、ナ
フチル、ベンジル、クミル、フェネチル等の芳香族環等
が挙げられる。
本発明において用いられる1、2−キノンジアジド化合
物は、例えば、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であり、エステル成分としては、
トリヒドロキシベンゾフェノン、テトラヒドロキシベン
ゾフェノン、ヘキサヒドロキシベンゾフェノン等のポリ
ヒドロキシベンゾフェノン、没食子酸メチル、没食子酸
エチル、没食子酸フェニル等の没食子酸エステル、ケル
セチン等のフラボン、トリヒドロキシベンゼン、トリヒ
ドロキシフェニル−n−へキシルケトン等のポリヒドロ
キシフェニルアルキルケトン、ジヒドロキシジフェニル
メタン、ジヒドロキシジフェニルプロパン、ジヒドロキ
シジフェニルへキサフルオロプロパン、ジヒドロキシジ
フェニルスルホン、ジヒドロキシジフェニルアミン等を
挙げることができる。1,2−キノンジアジド化合物は
、アルカリ可溶性ノボラック樹脂100重量部に対して
、20〜50重量部が好ましい。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は、前記アルカリ可溶性
ノボラック樹脂と1.2−キノンジアジド化合物とを固
形分が20〜40重量部になるように適当な溶剤に溶解
して得られる。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
、キシレン等の芳谷族炭化水素類、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、必要に応じて、塗布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
ることができる。さらに、増感剤、着色剤、安定剤等、
相溶性のある添加物を配合することができる。
[作用] 本発明のアルカリ可溶性ノボラック樹脂及び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Cプロセス安定性に優れている。
本発明のアルカリ可溶性ノボラック樹脂及び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
リ可溶性ノボラック樹脂、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製される。レジスト溶液をシリ
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、電子線露光装置等にて露光を行い、現像
することによってレジストパターンを形成できる。
現1象液としては、−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か、本
発明はこれらに限定されるものではない。
合成例1 1000 mlの4ツロセパラブルフラスコにフェノー
ル150g、3.4−キシレノール98g1蓚酸2水和
物4.0g、37%ホルマリン175g及びエチレング
リコールモノエチルエーテルアセテ−1−200gを添
加した。攪拌しなから油浴に浸し、内温か100℃にな
るまで昇温し、反応を開始した。反応の10時間後、水
を100d添加し、2gmmHg下で、温度を180℃
まで徐々に昇温した。この条件下で、3時間、脱水、脱
溶媒、脱モノマーを行った後、冷却を行い、メタノール
を添加した。その後、メタノール/水系で、樹脂の溶解
〜沈澱を繰返し、乾燥を行い、樹脂粉末221gを得た
ノボラック樹脂の重量平均分子量は、G P Cill
定の結果、ポリスチレン換算で、3850であった。ま
た、分散度(1m平均分子量/数平均分子量)は4.3
2であった。
また、反応10時間後の反応追跡をガスクロマトグラフ
ィーで行ったところ、残モノマーから判断して、反応率
はフェノールが92%、3.4−キシレノールが85%
であった。
合成例2 1000Idの4ツロセパラブルフラスコにフェノール
169g、3.4−キシレノール77g1蓚酸2水和物
5.3g、37%ホルマリン190g及びエチレングリ
コールモノエチルエーテルアセテート200gを添加し
た。攪拌しなから油浴に浸し、内温か100℃になるま
で昇温し、反応を開始した。反応の10時間後、水を1
001d添加し、2gmmHg下で、温度を180℃ま
で徐々に昇温した。この条件下で、3時間、脱水、脱溶
媒、脱モノマーを行った後、冷却を行い、メタノールを
添加した。その後、メタノール/水系で、樹脂の溶解〜
沈澱を繰返し、乾燥を行い、樹脂粉末235gを得た。
ノボラック樹脂の重量平均分子量は、G P C1l1
1定の結果、ポリスチレン換算で、6530であった。
また、分散度(重量平均分子ffi/数平均分子量)は
4.55であった。
また、反応10時間後の反応追跡をガスクロマトグラフ
ィーで行ったところ、残モノマーから判断して、反応率
はフェノールが95%、3.4−キシレノールが88%
であった。
合成例3 1000−の4ツロセパラブルフラスコにフェノール1
69g、2.5−キシレノール77g1蓚酸2水和物5
.3g、37%ホルマリン190g及びエチレングリコ
ールモノエチルエーテルアセテート200gを添加した
。攪拌しなから油浴に浸し、内温か100℃になるまで
昇温し、反応を開始した。反応の10時間後、水を10
0−添加し、2gmmHg下で、温度を180℃まで徐
々に昇温した。この条件下で、3時間、脱水、脱溶媒、
脱モノマーを行った後、冷却を行い、メタノールを添加
した。その後、メタノール/水系で、樹脂の溶解〜沈澱
を繰返し、乾燥を行い、樹脂粉末228gを得た。
ノボラック樹脂の重量平均分子量は、GPC−一1定の
結果、ポリスチレン換算で、7200であった。また、
分散度(重量平均分子量/数平均分子量)は4.8・5
であった。
また、反応10時間後の反応追跡をガスクロマトグラフ
ィーで行ったところ、残モノマーから判断して、反応率
はフェノールが93%、3.4−キシレノールが76%
であった。
実施例1 合成例1で得たフェノール/3,4−キシレノールノボ
ラック樹脂8g、2,3,4.4″−テトラヒドロキシ
ベンゾフェノンと1.2−ナフトキノンジアジド−5−
スルホニルクロライドとのエステル化物(平均3.5個
の水酸基がエステル化)2.24g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24gに溶解し、0
.2μmのメンブランフィルタ−にて濾過を行い、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、90℃、30
分間循環恒温槽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。現像液として、テトラメチルアンモニウムヒドロ
キシド2.38tffi%水溶液を用いて、25℃、1
分間浸漬現像を行った。
1.0μmライン/スペースを1対1に解像する露光量
は285 m J / c m 2であった。
また、0.8μmライン/スペースにおいても、290
 m J / c m 2で1対1のパターンが解像で
き、マスク忠実性が良好であった。
解(象度に関しては、0.65μm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130,135,140,145゜150.15
5.160℃の各温度で30分間、循環恒温槽中にてベ
ークを行い、パターンの変形の9無によって耐熱性を評
価した。その結果、耐熱性は150℃であった。
実施例2 合成例2で得た樹脂において、実施例1に従って、露光
試験、耐熱性試験を行った。
’c ” 結果、1,0μmライン/スペースを1対1
に解像する露光量は256mJ/cm2であった。
また、0.8μmライン/スペースにおいても、256
 m J / c m 2で1対1のパターンが解像で
き、マスク忠実性が良好であった。
解像度に関しては、0.65μm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150℃であった。
実施例3 合成例3で得た樹脂において、実施例1に従って、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310 m J / c m 2であった
解像度に関しては、0.70μm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150℃であった。
[発明の効果] 本発明のアルカリ可溶性ノボラック樹脂及び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は、
フェノール/キシレノール共重縮合アルカリ可溶性ノボ
ラック樹脂からなる。特に、フェノール/3,4−キシ
レノールの場合には、感度、解像度、パターン形状、プ
ロセス安定性に優れたレジストになるため、超LSIな
どの半導体集積回路素子の製造に好適である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アルカリ可溶性樹脂及び1,2−キノンジアジド
    系感光剤からなるポジ型フォトレジストにおいて、その
    アルカリ可溶性樹脂が実質的に一般式、▲数式、化学式
    、表等があります▼ (式中、m及びnは正の整数を示し、m/nは99.9
    /0.1〜0.1/99.9である。)で示されるフェ
    ノール/キシレノール共縮重合体で構成されたノボラッ
    ク樹脂からなることを特徴とするポジ型フォトレジスト
  2. (2)フェノール/キシレノール共縮重合体のキシレノ
    ール成分が3,4−キシレノールに由来するものである
    請求項第1項記載のポジ型フォトレジスト。
  3. (3)請求項第1項のポジ型フォトレジストを用いるパ
    ターン形成方法。
JP19715688A 1988-08-09 1988-08-09 ポジ型フォトレジスト Pending JPH0247656A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03185448A (ja) * 1989-12-15 1991-08-13 Japan Synthetic Rubber Co Ltd 感放射線性樹脂組成物
US5237037A (en) * 1989-09-08 1993-08-17 Ocg Microelectronic Materials, Inc. Radiation-sensitive compositions containing fully substituted novolak polymers
US5346799A (en) * 1991-12-23 1994-09-13 Ocg Microelectronic Materials, Inc. Novolak resins and their use in radiation-sensitive compositions wherein the novolak resins are made by condensing 2,6-dimethylphenol, 2,3-dimethylphenol, a para-substituted phenol and an aldehyde

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