JPH10133363A - 放射線感応性組成物 - Google Patents
放射線感応性組成物Info
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- JPH10133363A JPH10133363A JP8284293A JP28429396A JPH10133363A JP H10133363 A JPH10133363 A JP H10133363A JP 8284293 A JP8284293 A JP 8284293A JP 28429396 A JP28429396 A JP 28429396A JP H10133363 A JPH10133363 A JP H10133363A
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- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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- G03F7/0048—Photosensitive materials characterised by the solvents or agents facilitating spreading, e.g. tensio-active agents
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Abstract
幅均一性、現像時密着性等に優れた放射線感応性組成物
を提供する。 【構成】式:R1 −O−CH2 CH(CH3 )−O−R
2 (式中、R1 ,R2 は、水素原子、炭素数2〜5のア
ルキル基又はアセチル基であって、R1 とR2 の炭素数
の合計が7を越えないものを表す。ただし、R1 とR2
は同時に水素原子でない。)で示されるプロピレングリ
コール誘導体1〜25重量%及びプロピレングリコール
モノメチルエーテルアセテート及びエチルラクテートか
ら選ばれた少なくとも1種の溶剤75〜99重量%から
なる混合溶剤を放射線感応性材料の溶媒として用いる。
プロピレングリコール誘導体としては、プロピレングリ
コールモノ−n−ブチルエーテルが好ましく、また放射
線感応性材料としては、キノンジアジド系感光剤とアル
カリ可溶性樹脂を用いるものが好ましい。
Description
線、電子線等の粒子線等に用いられる放射線感応性組成
物(以下、「レジスト組成物」と表す)、更に詳細に
は、使用時の安全性に優れ、塗布性、現像時の残膜率、
現像後のパターンの線幅均一性に優れるとともに、現像
時のレジスト密着性も優れたレジスト組成物に関する。
の製造においては、微細加工が要求されており、この要
請を満たすため従来よりレジストが利用されている。従
来周知或いは公知のレジストには、ポジ型とネガ型のも
のがあり、いずれのものも通常レジスト材料は溶剤に溶
解されて溶液状態のレジスト組成物とされる。このレジ
スト組成物は、シリコン基板、ガラス基板等の基板上に
スピンコート、ローラーコートなどの公知塗布法により
塗布された後、プリベークされてレジスト膜が形成さ
れ、その後レジストの感光波長域に応じて、紫外線、遠
紫外線、X線、電子線等の粒子線等により露光され、現
像された後、必要に応じドライエッチングが施されて所
望のレジストパターンが形成される。上記レジスト組成
物に用いられる溶媒としては、従来から種々のものが知
られており、レジストの溶解性、塗布性、感度、現像
性、形成されるパターン特性などを考慮して適切な溶剤
が選択、使用されている。一方、このようなレジスト形
成特性等の性能とは別に、溶剤は一般に人体に対する安
全性の点で問題のあるものが多く、特に近年このような
人体に対する安全性が重視されるようになり、安全性の
観点をも考慮して溶媒の選択がなされているのが実状で
ある。例えば、上記溶解性、塗布性、レジスト形成特性
など諸特性に優れた溶剤としてエチレングリコールモノ
エチルエーテルアセテートが知られていたが、人体に対
する安全性の問題が指摘されてからはレジストの溶媒と
して全く使用されなくなり、これに変わり安全性溶媒と
してプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテー
トなどが主に使用されるようになってきた。また、安全
性溶媒として、プロピレングリコールモノメチルエーテ
ルアセテート以外にもエチルラクテート及びメチル−n
−アミルケトン等が知られている。しかし、これらエチ
レングリコールモノエチルエーテルアセテートに比べて
安全性が高いとされている溶剤についてみると、レジス
ト形成特性などの特性が十分でないという問題がある。
例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセ
テートの場合、レジストを基板上に塗布、成膜したとき
の膜中残存溶剤量が多いことによる残膜率、線幅均一
性、現像時のレジスト膜の密着性等の低下の問題があっ
た。この原因として、プロピレングリコールモノメチル
エーテルアセテート自身は蒸発速度の早い溶剤である
が、レジスト組成物の溶剤として用いると、塗布表面の
み蒸発が進み表面にいわゆる皮膜が形成され、それゆえ
塗布面内部に包含された溶剤が蒸発しにくくなることが
挙げられる。このため、安全性が高くしかもレジスト形
成特性等性能の改善された溶媒が要求されている。
従来技術の問題点を安全性という項目を最重視して解決
するものであり、レジスト成膜時にレジスト膜中の残存
溶剤量を減少させ、残膜率、線幅均一性、現像時のレジ
スト膜の密着性等の特性を向上させたレジスト組成物を
提供することを目的とする。
ジストの溶媒として、(A)下記一般式Iで示されるプ
ロピレングリコール誘導体1〜25重量%及び(B)プ
ロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート及び
エチルラクテートから選ばれた少なくとも1種の溶剤7
5〜99重量%からなる混合溶剤を用いるレジスト組成
物により達成される。
キル基又はアセチル基であって、R1 とR2 の炭素数の
合計が7を越えないものを表す。ただし、R1 とR2 は
同時に水素原子でない。) 上記一般式Iで示されるプロピレングリコール誘導体の
具体例としては、プロピレングリコールモノプロピルエ
ーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテ
ル、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、
プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、
プロピレングリコールジアセテートなどがあげられ、そ
の中でもプロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテ
ルが好ましい。なお、これらの物質は、MSDS(Ma
terial Safety Data Sheet)
等の記載内容により、毒性が低く、安全性の高い溶剤で
あることが確認されている。
グリコール誘導体の溶媒中の含有量については、溶媒中
の含有量が1重量%より少ないと、レジスト形成特性等
の改善があまりみられず、また25重量%より多い場合
には主溶媒の種類によってはレジスト形成特性等が主溶
媒に比べ劣ることがある。このため、上記一般式Iで示
されるプロピレングリコール誘導体の溶媒中の含有量
は、一般的には1〜25重量%が好ましく、より好まし
いのは1〜20重量%である。
ロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート或い
はエチルラクテートであるが、これらは単独で又は必要
に応じ混合して主溶媒として用いられる。これら主溶媒
として用いられる溶剤の中では、プロピレングリコール
モノメチルエーテルアセテートが特性の向上の点から好
ましいものである。
ロピレングリコール誘導体からなる溶媒のレジストに対
する使用量は、使用するレジストの種類、更には主溶媒
として何を用いるかにより変わるものの、通常レジスト
固形成分100重量部に対し、50〜3000重量部、
好ましくは70〜2000重量部、更に好ましくは10
0〜1000重量部である。
成分は、従来周知或いは公知のポジ型或いはネガ型レジ
ストのいずれのものでもよい。本発明で使用することが
できるレジストの代表的なものを例示すると、ポジ型で
は、例えば、キノンジアジド系感光剤とアルカリ可溶性
樹脂とからなるもの、化学増幅型レジストなどが、ネガ
型では、例えば、ポリケイ皮酸ビニル等の感光性基を有
する高分子化合物を含むもの、芳香族アジド化合物を含
有するもの或いは環化ゴムとビスアジド化合物からなる
ようなアジド化合物を含有するもの、ジアゾ樹脂を含む
もの、付加重合性不飽和化合物を含む光重合性組成物、
アルカリ可溶樹脂と架橋剤、酸発生剤からなる化学増幅
型ネガレジストなどがあげられる。
料として好ましいものとして、キノンジアジド系感光剤
とアルカリ可溶性樹脂とからなるものがあげられる。キ
ノンジアジド系感光剤とアルカリ可溶性樹脂とからなる
ポジ型レジストは従来より種々のものが知られており、
本発明においてはそのいずれのものでも良く、特に限定
されるものではない。
可溶性樹脂とからなるポジ型レジストにおいて用いられ
るキノンジアジド系感光剤の一例をあげると、例えば、
1,2−ベンゾキノンジアジド−4−スルホン酸、1,
2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸、1,2−
ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸、これらのスル
ホン酸のエステル或いはアミドなどである。スルホン酸
のエステル或いはアミド化合物は、該当するキノンジア
ジドスルホン酸或いはキノンジアジドスルホニルクロリ
ドと、水酸基を有する化合物或いはアミノ基を有する化
合物との縮合反応により得られる。水酸基を有する化合
物としては、ジヒドロキシベンゾフェノン、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、フェノール、ナフトール、p−メトキシフェノー
ル、ビスフェノールA、ピロカテコール、ピロガロー
ル、ピロガロールメチルエーテル、没食子酸、α,
α’,α”−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1,
3,5−トリイソプロピルベンゼン、トリス(ヒドロキ
シフェニル)メタン等が、またアミノ基を有する化合物
としてはアニリン,p−アミノジフェニルアミン等があ
げられる。これらキノンジアジド系感光剤は、単独で或
いは2種以上の混合物として用いることができる。
ば、ノボラック樹脂、ポリビニルフェノール、ポリビニ
ルアルコール、アクリル酸或いはメタクリル酸の共重合
体などがあげられる。ノボラック樹脂としては、例え
ば、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p
−クレゾール、キシレノール、トリメチルフェノール、
t−ブチルフェノール、エチルフェノール、2−ナフト
ール、1,3−ジヒドロキシナフタレン等のフェノール
類の1種又は2種以上と、ホルムアルデヒド、パラホル
ムアルデヒド等のアルデヒド類との縮重合生成物があげ
られる。これら、ノボラック樹脂等のアルカリ可溶性樹
脂は、必要に応じ2種以上を組み合わせて用いることが
でき、更には皮膜形成性等の改善のため、他の樹脂を添
加することもできる。また、キノンジアジドスルホン酸
エステルとして、フェノール類とアルデヒド類或いはケ
トン類との重縮合物とキノンジアジドスルホン酸とのエ
ステルを用いることもできる。
溶性樹脂との使用割合は、具体的に使用される感光剤及
びアルカリ可溶性樹脂により異なり、一般的には重量比
で1:1〜1:20の範囲が好ましいが、本発明がこれ
に限定されるものではない。
て好ましく用いることができるポジ型レジストである。
この化学増幅型レジストは、放射線照射により酸を発生
させ、この酸の触媒作用による化学変化により放射線照
射部分の現像液に対する溶解性を変化させてパターンを
形成するもので、例えば、放射線照射により酸を発生さ
せる酸発生化合物と、酸の存在下に分解しフェノール性
水酸基或いはカルボキシル基のようなアルカリ可溶性基
が生成される酸感応性基含有樹脂を含むものである。
生化合物としては、ビス(イソプロピルスルホニル)ジ
アゾメタンのようなビススルホニルジアゾメタン類、メ
チルスルホニルp−トルエンスルホニルメタンのような
ビススルホニルメタン類、シクロヘキシルスルホニルシ
クロヘキシルカルボニルジアゾメタンのようなスルホニ
ルカルボニルジアゾメタン類、2−メチル−2−(4−
メチルフェニルスルホニル)プロピオフェノンのような
スルホニルカルボニルアルカン類、2−ニトロベンジル
p−トルエンスルホネートのようなニトロベンジルスル
ホネート類、ピロガロールトリスメタンスルホネートの
ようなアルキル或いはアリールスルホネート類、ベンゾ
イントシレートのようなベンゾインスルホネート類、N
−(トリフルオロメチルスルホニルオキシ)フタルイミ
ドのようなN−スルホニルオキシイミド類、(4−フル
オロ−ベンゼンスルホニルオキシ)−3,4,6−トリ
メチル−2−ピリドンのようなピロリドン類、2,2,
2−トリフルオロ−1−トリフルオロメチル−1−(3
−ビニルフェニル)−エチル4−クロロベンゼンスルホ
ネートのようなスルホン酸エステル類、トリフェニルス
ルホニウムメタンスルホネートのようなオニウム塩類等
があげられ、これらの化合物は、単独で又は2種以上を
混合して用いることができる。
酸基或いはカルボキシル基のようなアルカリ可溶性基を
生成する酸感応性基含有樹脂は、酸の存在下に分解する
酸感応性基とアルカリ可溶性基を有するアルカリ可溶性
樹脂部からなる。前記酸感応性基としては、ベンジル基
のような置換メチル基、1−メトキシエチル基、1−ベ
ンジルオキシエチル基などの1−置換エチル基、t−ブ
チル基などの1−分岐アルキル基、トリメチルシリル基
などのシリル基、トリメチルゲルミル基などのゲルミル
基、t−ブトキシカルボニル基などのアルコキシカルボ
ニル基、アセチル基などのアシル基、テトラヒドロピラ
ニル基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロチオピ
ラニル基、テトラヒドロチオフラニル基などの環式酸分
解基等があげられる。これらの酸分解性基のうち好まし
いものは、ベンジル基、t−ブチル基、t−ブトキシカ
ルボニル基、テトラヒドロピラニル基、テトラヒドロフ
ラニル基、テトラヒドロチオピラニル基、テトラヒドロ
チオフラニル基等である。
シル基のようなアルカリ可溶性基を有するアルカリ可溶
性樹脂としては、例えばヒドロキシスチレン、ヒドロキ
シ−α−メチルスチレン、ヒドロキシメチルスチレン、
ビニル安息香酸、カルボキシメチルスチレン、カルボキ
シメトキシスチレン、アクリル酸、メタクリル酸、クロ
トン酸、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサ
コン酸、ケイ皮酸などのビニル単量体からの重合体或い
は共重合体、これら単量体少なくとも1種と他の単量体
との共重合体、ノボラック樹脂のような縮重合樹脂があ
げられる。
のものの外にも、アルカリ可溶性樹脂、酸発生剤、酸の
存在下に分解され、アルカリ可溶性樹脂の溶解性制御効
果を低下させる或いはアルカリ可溶性樹脂の溶解性を促
進させる化合物を含有するものも知られており、このよ
うなものも使用し得る。
溶解されてレジスト組成物とされるが、これらレジスト
組成物には、使用目的に応じて界面活性剤、増感剤等の
従来から公知の各種添加剤を適宜配合することができ
る。
スの製造或いは液晶表示素子の製造等種々の用途におい
て使用することができるが、半導体製造用或いは液晶表
示素子製造用のフォトレジスト組成物として用いるのが
好ましい。本発明のレジスト組成物を用いてのレジスト
パターンの形成は、例えば次のようにして行われる。
ト素材を上記溶剤に溶解することにより製造されるが、
この製造された本発明のレジスト組成物は必要に応じフ
ィルタろ過により不溶物が除去され、スピンコート、ロ
ールコート、リバースロールコート、流延塗布、ドクタ
ーコートなど従来から公知の塗布法により、プリベーク
後の膜厚が例えば0.01〜1000μmとなるようシ
リコン、ガラス等の基板上に塗布される。
ばホットプレート上でプリベークされて溶剤が除去さ
れ、レジスト膜が形成される。プリベーク温度は、用い
る溶剤或いはレジストの種類により異なり、通常30〜
200℃、好ましくは50〜150℃程度の温度で行わ
れる。
が、使用するレジストにより各々感光域が異なるため、
レジストの感光域に応じた露光源を用いて露光が行なわ
れる。露光は、例えば高圧水銀灯、メタルハライドラン
プ、超高圧水銀ランプ、KrFエキシマレーザー、軟X
線照射装置、電子線描画装置など公知の照射装置を用
い、必要に応じマスクを介し、紫外線、遠紫外線、X
線、電子線等により所定のパターン状の照射が行われ
る。露光後、現像性、解像度、パターン形状等を改善す
るため、必要に応じアフターベーキングが行われた後、
現像が行われる。また、現像後必要があれば反射防止膜
等の除去のためガスプラズマなどによる乾式エッチング
が行なわれ、レジストパターンが形成される。
い、露光域と未露光域の溶剤に対する溶解性或いはアル
カリ溶液に対する溶解性の差を利用して行われる。アル
カリ性現像液としてしては、例えば水酸化ナトリウム、
水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウムなど
の無機アルカリ類、アンモニア、エチルアミン、ジエチ
ルアミン、トリエチルアミン、ジエチルエタノールアミ
ン、トリエタノールアミン、ベンジルアミンなどのアミ
ン類、ホルムアミドなどのアミド類、水酸化テトラメチ
ルアンモニウム(TMAH)、水酸化テトラエチルアン
モニウム、コリンなどの第4級アンモニウム塩類、ピロ
ール、ピペラジンなどの環状アミン類等を溶解した水溶
液或いは水性溶液が用いられる。
に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定され
るものではない。
例1〜2のレジスト組成物を次のようにして調整した。
即ち、下記のキノンジアジド感光剤とノボラック樹脂と
を、ノボラック樹脂100重量部に対しキノンジアジド
感光剤24重量部の割合で用い、これら固形成分が25
重量%となるように表1の各実施例及び比較例の欄に記
載の組成の溶剤を用いて溶解した。
−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−スルフォニルクロライドのエステル
化物 ノボラック樹脂:m−クレゾール/p−クレゾール=4
/6とホルムアルデヒドの縮重合物
ついて、以下(1)〜(4)に記載の方法により残存溶
媒率、未露光部膜減り量、現像後のパターンの線幅均一
性及び現像後のパターンの密着性について試験を行い、
表2〜5の結果を得た。
のため絶対的な溶剤の量が少なく、プリベーク前のスピ
ンコートしただけでも溶剤がかなり蒸発しまた溶剤の蒸
発速度も早いため直接溶媒の残存量を測定することが困
難である。このため、次のような模擬的な試験を行って
プリベーク後のレジスト膜中の残存溶媒率を算出した。
即ち、実施例1〜5及び比較例1〜2の7種のレジスト
組成物を2.0000gずつとり、同一径のアルミシャ
ーレの底を各レジスト組成物により均一に覆うようにし
た後、100℃のホットプレート上で2〜30分加熱
し、各々の重量を測定して次式により残存溶媒率を算出
した。
を通常のレジスト膜厚に比べかなり厚く塗布するため、
いわば模擬的な試験である。したがって、この試験によ
るベーク時間と、実際の工程でのベーク時間とを同一に
考えることはできないが、残存溶媒率が30重量%以下
となるような比較的溶剤含有率が低く、現像時の基板へ
の密着性が保たれる実用的なベーク状態、すなわち上記
実験においてはベーク時間15分以上のデータについて
は実施例と比較例とを比較考察することが可能と思われ
る。そして上記の結果より、残存溶媒率30重量%以下
となるような実用的なベーク時間における残存溶媒率は
比較例よりも実施例の方が低く、すなわち優れた蒸発特
性を示すことが確認された。この原因としては、PGM
EA,ELにプロピレン誘導体であるPnB、PGEE
Aを適量混合することにより、レジスト塗膜表面での皮
膜形成の度合が弱くなり、スムーズに溶剤蒸発が起こっ
ていることが挙げられる。
を、4インチシリコン基板上にプリベーク後の膜厚が
1.5μmになるようにスピンコートし、ダイレクトホ
ットプレートにて100℃、90秒でプリベークし、T
MAH2.38重量%の現像剤を用い60秒間現像し
て、未露光部の膜減り量を測定した。結果を表3に示
す。
ト組成物は、溶媒としてPGMEAを単独で用いたもの
或いはPGMEAとPnBの70:30(重量比)混合
溶媒を用いたものに比べ未露光部の膜減り量が改善され
ている。
を、4インチガラスウエハー上にプリベーク後の膜厚が
1.5μmになるようにスピンコートし、ダイレクトホ
ットプレートにて100℃、90秒でプリベークを行っ
た後、g−ラインステッパーにてラインとスペースの幅
が1:1となるような露光量で露光した後60秒間現像
を施し、基板面内100本の5μmラインの線幅を測定
し、線幅均一性の標準偏差σを算出した。結果を表4に
示す。
ト組成物は、溶媒としてPGMEAを単独で用いる比較
例1或いはPGMEAとPnBの70:30(重量比)
混合溶媒を用いる比較例2のものに比べてパターンの線
幅のばらつきがなく、パターン再現性が優れている。
を、窒化ケイ素基板上にプリベーク後の膜厚が1.5μ
mになるようにスピンコートし、ダイレクトホットプレ
ートにて100℃、90秒でプリベークを行った後、g
−ラインステッパーにてラインとスペースの幅が1:1
となるような露光量で露光した。この基板をディップ方
式を用いて、60、90、120秒で現像を行い、光学
顕微鏡にてパターンのはがれの有無を観察した。結果を
表5に示す。
ト組成物は、いずれもパターンの密着性が優れている。
リコール誘導体を1〜25重量%含有するものにおいて
良好な特性の改善がなされ、またその中でも主溶剤とし
てプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
を用い、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテ
ルを3〜15重量%含有するものにおいて優れた結果が
えられることがわかる。
物は、人体に対する安全性の点で優れているとともにレ
ジスト溶解性、塗布性にも優れ、しかも残存溶媒率が改
善されることにより、現像時の未露光部のレジスト膜の
膜減りが少なく、また現像時のレジストの密着性も優
れ、しかも現像されたパターンの線幅のばらつきのない
良好なパターンを形成することができるという優れた効
果を有し、半導体デバイス或いは液晶表示素子等の製造
用のフォトレジスト組成物として特に有用である。
Claims (2)
- 【請求項1】溶媒として、(A)下記一般式Iで示され
るプロピレングリコール誘導体1〜25重量%及び
(B)プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテ
ート及びエチルラクテートから選ばれた少なくとも1種
の溶剤75〜99重量%からなる混合溶剤を用いること
を特徴とする放射線感応性組成物。 一般式I R1 −O−CH2 CH(CH3 )−O−R2 (式中、R1 ,R2 は、水素原子、炭素数2〜5のアル
キル基又はアセチル基であって、R1 とR2 の炭素数の
合計が7を越えないものを表す。ただし、R1 とR2 は
同時に水素原子でない。) - 【請求項2】前記プロピレングリコール誘導体が、プロ
ピレングリコールモノ−n−ブチルエーテルである請求
項1記載の放射線感応性組成物。
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