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JP3549592B2 - 放射線感応性組成物 - Google Patents

放射線感応性組成物 Download PDF

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JP3549592B2
JP3549592B2 JP26957994A JP26957994A JP3549592B2 JP 3549592 B2 JP3549592 B2 JP 3549592B2 JP 26957994 A JP26957994 A JP 26957994A JP 26957994 A JP26957994 A JP 26957994A JP 3549592 B2 JP3549592 B2 JP 3549592B2
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崎 博 岡
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子部品、印刷版などの製造に好適な放射線感応性混合物に関するものである。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
チップ製造などにおいて構造寸法が益々小さくなるにつれて、ミクロン未満の領域における改良された平版印刷技術が必要とされている。その様な技術に使用される露光手段としては、高エネルギーUV光線、電子線およびX線を挙げることができる。この平版印刷技術の改良により、放射感応性混合物に課せられる必要条件も変わっている。これらの必要条件は、例えばC.G. Wilson による論文「有機レジスト材料−理論と化学」(マイクロ平版印刷入門、理論、材料、および処理、L.F. Thompson, C.G.Wilson, M.J.Bowden, ACS Symp. Ser., 219:87(1983), American Chemical Society, Washington) )に概観されている。したがって、好ましくは広いスペクトル領域で感応性があり、従来の写真平版印刷にも、あるいは感度を失うことなく、中UV(mid UV)または深UV(deep UV )、電子線、またはX線平版印刷の様な進歩した技術にも使用できる放射感応性混合物が強く求められている。
【0003】
高エネルギー放射線に対して高い感度を有する放射線感応性混合物を製造するために、Ito ら[H. Ito およびC.G. Wilson, Polym. Eng. Sci., Vol. 23, 1012(1983)] により最初に開示された化学的に増感されたレジストが広く使用されている。一般的に、照射の際に発生した単一のプロトンが、放射線感応性混合物の化学的組成に応じて、室温または室温より高い温度で触媒的に反応する。この触媒反応により放射線感応性混合物に高い感度が与えられる。
【0004】
半導体工業では、以下レジスト混合物と呼ぶ放射線感応性混合物がアルカリ溶液を使用して現像できなければならない、という前提条件がある。好ましくは、このアルカリ溶液は、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)の2〜3重量%水溶液の様な有機性塩基溶液である。
【0005】
この目的には、ノボラック樹脂またはビニルフェノールの単独重合体およびその共重合体が最も好ましい。光学平版印刷には、ノボラックの使用は、その短波長における吸収が高いために、300nmより長い波長における放射線に限られている。吸光度の悪影響により、レジスト画像の壁がひどく傾斜したものになる。ビニルフェノール性樹脂は、望ましい溶解特性を高い光学的な透過性と組み合わせられる場合にのみ、深UV平版印刷に使用できる。ポリ(4−ビニルフェノール)単独では溶解度がかなり高いので、それ自体は使用に適していない。溶解度を好ましい値に下げる1つの方法は、4−ビニルフェノールを他のアルキル置換されたビニルフェノールと共重合させることである。その様な共重合体は、ヨーロッパ公開特許第0307752号および0307751号、および特開平2−166105号公報に記載されている。4−ヒドロキシスチレンの他の共重合体は、それらのアルカリ水溶液における溶解性に関係なく、Maruzen Petrochemical Co., Ltd. により文献高分子(日本語)Vol. 38, pp571,(1989) に記載されている。
【0006】
アルカリに可溶なポリ(4−ビニルフェノール)およびその共重合体を放射線感応性混合物として使用する方法は、基本的には2つある。1つの方法は、重合体が可溶性になる様に、酸により開裂し得る保護基を水酸基に完全に、または部分的に付加することである。その様な保護された重合体および下記の光酸発生剤の混合物を製造し、その混合物が照射により酸を生じ、その様にして発生した酸が酸に敏感な保護基を脱離させる。保護基としては、t−ブチルオキシカルボニルオキシまたはその誘導体(Itoら、J. Photopolym. Sci., & Tech., Vol. 6, No. 4, 1993, pp 547)、テトラヒドロピラニル基(Hattoriら、J. Photopolym. Sci., & Tech., Vol. 6, No. 4, 1993, pp 497)がある。もう1つの方法は、Pawlowski ら、J. Photopolym. Sci., & Tech., Vol. 15, No. 1, (1992), pp 55 に記載されている様に、ポリアセタールのような酸に敏感な溶解防止剤と混合することである。露光前はその混合物は水性アルカリ現像剤に不溶であるが、深UV光線で露光することにより、防止剤が開裂し、混合物がアルカリ現像剤に可溶になる。
【0007】
ここで光酸発生剤と呼ぶ、照射により強酸を発生する化合物、例えばHSbF、HAsFの様な非求核酸のジアゾニウム、ホスホニウム、スルホニウム、およびヨードニウム塩の様なオニウム塩が、J.V. Crivello, Polym. Eng. Sci.,23 (1983) 953に記載されている様に、これまで使用されている。さらに、ハロゲン化合物、特にトリクロロメチルトリアジン誘導体またはトリクロロメチルオキサジアゾール誘導体、o−キノンジアジドスルホクロリド、o−キノンジアジド−4−スルホン酸エステル、有機金属/有機ハロゲンの組合せ、ビス(スルホニル)ジアゾメタン、スルホニルカルボニルジアゾメタン(DE−A 3,930,087)またはニトロベンジルトシレートが、F.M. Houlihan ら、SPIE Proc., Adv. in Resist Tech. and Proc. 920(1988) 67 により推奨されている。
【0008】
原則的に、化学的増感型フォトレジストを製造するには、水性アルカリに可溶なマトリックス樹脂、溶解防止剤(酸に敏感な保護基によりフェノール性基が保護されているポリ(ヒドロキシスチレン)型樹脂を使用する場合、溶解防止剤は不要である)、光酸発生剤を一般的な溶剤中で混合すれば十分である。しかし、その様な系は、酸潜像の感度が非常に高いことにより損なわれ、線幅が細くなり、T−トップ形成を引き起こす。この問題は、露光および露光後の焼き付け工程の間に遅延がある場合に増大する。この問題は、出版された文献、例えば“Airborne Chemical Contamination of a Chemically Amplified Resist”、S.A. MacDonaldら、“Advances in Resist Technology and Processing”、Hiroshi Ito 編集、Proc. SPIE 1466, 2−12(1991) で広範囲に考察されている。L. Schlegel らによる別の研究は、化学的に増感したレジスト材料における拡散の問題を示している。(L. Schlegelら、Japanese Journal of Applied Physics, series 5, 1991, pp 175−180)。
【0009】
その様な問題を避けるために、従来の化合物に光塩基または感光性塩基材料などの添加剤を加えることにより、コントラストを高め、線幅の減少を抑制することができる。(特願平5−25753号(出願日1993年2月15日))。しかしながら、この放射線感応性混合物は焦点寛容度(焦点深度)については、必ずしも満足のいくものではない。
【0010】
本発明の目的は、焦点寛容度(焦点深度)が大きく、深紫外光線、KrFエキシマレーザー光線等に対する透過性が高く、これらの光源、電子線、およびX線に露出した時に高感度を有し、優れた耐熱性を有し、基材に対する接着性が著しく優れ、時間が経過してもパターンの寸法変化を示さない高精度パターンを得ることができる放射線感応性混合物を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、a)水に不溶でかつ、アルカリ水溶液に可溶であるかまたはアルカリ水溶液中で膨潤し得る結合剤、
b)一般式(I):
(−CHR−O−R−X−NR−) (I)
(式中、Rはアルキル、アリールまたは置換されたアリール基であり、
は二価のアルキレン、シクロアルキレン、アルケンまたは、二価のアルキン基であり、
はアルキル、アルケン、アルキンまたは、シクロアルキル基であり、
Xは−OCO−、−CO−、または−NHCO−であり、そして
pは1以上の数である。)
を有するポリ(N,O−アセタール)および/または水酸基が酸により開裂し得る基で保護されているフェノール性化合物からなる溶解防止剤、
c)活性線放射に露出することにより酸を発生し得る感光性化合物、
d)活性線放射に露出することにより、中性化合物に分解し得る塩基、
e)一般式(II):
【0012】
【化2】
Figure 0003549592
(nは1〜5の整数、mは0〜4の整数、n+m≦5であり、pは1〜10の整数であり、
Rは、炭素数1〜12のアルキル基、置換されてもよいシクロアルキル基または炭素数1〜5のヒドロキシアルキル基であって、それらの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよく、mが2以上のときRは同一であっても異なっていてもよく;Aは、炭素数1〜100の置換されていてもよい、環状脂肪属、鎖状脂肪族、芳香族またはその組合せを含むp価の炭化水素原子団であって、それらの炭素原子が酸素原子で置換されていてもよい。ただし、p=1のときAは水素原子であってもよく、p=2のときAは、−S−、−SO−、−SO−、−O−、−CO−または直接結合であってもよい。)により表されるフェノール性化合物、
f)溶剤、
を含むことを特徴とする放射感応性組成物を提供するものである。
【0013】
また本発明は、フィルムを選択的に露光し、得られたフィルムを加熱し、そのフィルムを現像し、ポジ型の場合は露光部分を除去する。ネガ型の場合は非露光部分を除去するパターン形成方法も提供するものである。ネガ型の場合、成分(b)のかわりに架橋剤を用いる。架橋剤としては、例えばヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサヒドロキシメラミンのベンジルアルコール誘導体などが用いられる。
【0014】
本発明の目的は、放射に対する感度が高く、基材に対する接着性が良好で、処理寛容度が大きく、半導体の製造に一般的に使用されているアルカリ水溶液で現像できる、新規な放射感応性混合物を提供することである。
【0015】
成分(a)としては、フェノール基を有する重合体、ポリアクリル酸誘導体、ポリメタクリル酸誘導体、ポリビニルアルコールなどが用いられ、好ましくはフェノール基を有する重合体である。このフェノール基の水酸基は、酸により開裂しうる基が部分的に、もしくは全て保護されていてもよい。保護機としては好ましくは、t−ブチルオキシカルボニル、エトキシエチル、テトラヒドロピラニル、トリアルキルシリル基などが挙げられる。
【0016】
成分(a)の代表的な例は、4−ヒドロキシスチレンの単独重合体または共重合体である。コモノマーは、スチレン、アクリル酸エステル、等の一般的に入手できるモノマーでよく、たとえば、スチレン、3−メチル−4−ヒドロキシスチレンまたはテトラヒドロピラニルオキシスチレンまたはt−ブトキシカルボニルオキシスチレンなどのアルキル化誘導体でもよい。好ましくはポリ(ヒドロキシスチレン)、ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル−4−ヒドロキシスチレン)またはポリ(4−ヒドロキシスチレン−コースチレン)であり、さらに好ましくはスチレン含有量が2〜50モル%である。
【0017】
成分(b)は、単量体でも、あるいは室温または高温で低濃度の酸により分解し得る重合体でもよい。さらに、この化合物は、成分(a)のアルカリ水溶液に対する溶解性を抑制できる必要がある。成分(b)の一般式Iを有するポリ(N,O−アセタール)は、ウレタン−アルコール成分およびアルデヒドのジメチルアセタールを酸触媒作用によりエステル交換反応させることにより製造される。縮合度および分子量分布は、重縮合条件を変えることにより調節できる。成分(b)のフェノール性化合物の保護基である酸により開裂しうる基としては好ましくは、t−ブチルオキシカルボニル、エトキシテトラヒドロピラニルまたはトリアキルシリル基などが上げられる。フェノール性化合物としては、ポリ(ヒドロキシスチレン)、ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル−4−ヒドロキシスチレン)、ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−スチレン)などが挙げられる。
【0018】
成分(a)および(b)の機能、すなわち成分(a)のアルカリ溶解性およびフィルム形成および熱安定性、および成分(b)の(フェノール型樹脂の)アルカリ溶解防止能力を単一の化合物中に組み込むこともできる。これは、テトラヒドロピラニル基やt−ブトキシカルボニルオキシ基の様な酸に敏感な基をフェノールの水酸基に共有結合させることにより行なう。すなわち、成分(a)がフェノール基を有する重合体であり、その水酸基が酸により開裂し得る基で十分保護されているとき、成分(b)を添加する必要はない。成分(a)および成分(b)のOH基のうち保護された基の割合は0〜60mol%である。
【0019】
成分(c)は、活性線放射に露出することにより酸を発生するいずれかの化合物である。酸発生化合物の好適な例としては、ジアゾメタン化合物、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ハロゲン化物およびo−キノンジアジドスルホン酸エステルがある。成分(c)は好ましくは一般式(III ):
Ar−SO−C(N)−Y−Ar′ (III )
[式中、ArおよびAr′は独立してフェニル、クロロフェニル、トルエン、アルキル基であるか、またはそれらの組合せであり、Yは−SO−または−CO−、または(Ar)S+RSO (式中、Arはフェニル基であり、Rはアルキルまたはハロゲン化アルキル基である)]により表される化合物である。また、スルホン酸を発生し、良好な熱安定性を有し、好ましくは220〜380nm、特に好ましくは248nm領域で有利な吸収特性を示す化合物が好ましい。フェノール性スルホン酸エステル、ビス−スルホニルメタンまたはビス−スルホニルジアゾメタンが重要である。
【0020】
スルホン酸トリアリールスルホニウムおよびビス−(4−クロロフェニルスルホニル)ジアゾメタンおよびスルホン酸カンファースルホニウムの様なスルホン酸スルホニウムが特に好ましい。スルホン酸スルホニウムの例としては、アルキルスルホン酸−トリフェニルスルホニウム、アルキルまたはハロゲン置換したアリールスルホン酸−トリフェニルスルホニウム、フッ素化アルキルスルホン酸−トリフェニルスルホニウム等がある。
【0021】
成分(d)は感光性塩基である。酢酸陰イオン、スルフォニウムイオン、アンモニウムイオンを有するオニウム塩であることが好ましい。特に有用な化合物は、水酸化アルキルアンモニウムまたはトリアリールスルホニウムおよびそれらの誘導体、または水酸化ジフェニルヨードニウムおよびその誘導体である。量は、塩基の吸収特性および光酸発生剤の量により異なる。
【0022】
化合物(e)は、上記一般式(II)で表わされるフェノール性化合物である。
【0023】
ただし、nは好ましくは1〜2である。Rとしては、好ましくはメチル基、エチル基、などのアルキル基、シクロヘキシルなどのシクロアルキル基、ヒドロキシアルキル基があげられる。水素原子は、F、Clなどのハロゲン原子で置換されてもよい。Pは、好ましくは2〜6である。Aとしては、好ましくは下記のものがあげられる。
【0024】
Figure 0003549592
この種の化合物は、レジストの接着性を改良し、コントラストを高め、それによって解像度および焦点深度能力を改善するのに役立つ。化合物(e)の例を以下に示すが、これらに限定するものではない。
1)4,4´ −ジヒドロキシビフェニル
2)4,4´ −メチレンビスフェノール
3)2,4´ −メチレンビスフェノール
4)2,2´ −メチレンビスフェノール
5)1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン
6)ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)メタン
7)1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン
8)2,2−ビス(3−メチル,4−ヒドロキシフェニル)プロパン
9)1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン
10)2,2−(4−ヒドロキシフェニル),4−メチル−ペンタン
11)2,2−ビス(4−ヒドロキシ,3,5−ジメチルフェニル)プロパン
12)4,4´ −(1−フェニルエチリデン)ビスフェノール
13)4,4´ −(2−エチルヘキシリデン)ビスフェノール
14)2,2−ビス(3−フェニル,4−ヒドロキシフェニル)プロパン
15)トリス(4−ヒドロキシフェニル)メタン
16)1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル),1−{4−[1−(4−
ヒドロキシフェニル)1−(メチル)エチリデン]}エタン
17)3,3´ −ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン
18)4,4´ −(2−メチルプロピリデン)ビスフェノール
19)4,4´ −(フェニルメチレン)ビスフェノール
20)4,4´ −(1−メチルヘプチリデン)ビスフェノール
21)4,4´ −シクロヘキシリデンビス(3−メチルフェノール)
22)4,4´ −(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール
23)4,4´ −[1,4−フェニレンビス(1−
メチルエチリデン)]ビス(2−メチルフェノール)
24)1,1,1−トリス(3−メチル,4−ヒドロキシフェニル)エタン
25)ビス(3,5−ジメチル,4−ヒドロキシフェニル),3,4−
ジヒドロキシフェニルメタン
26)2−ヒドロキシ−5−メチル−1,3−キシレンジオール
27)4,4´ −ビシクロヘキシルジオール
28)4,4´ −シクロペンチリデンビスフェノール
29)4,4´ −(1−フェニルエチリデンビス[2−メチルフェノール]
30)4,4´ −(ジフェニルメチレン)ビスフェノール
31)3,3´ ,4,4´ −[1,4−フェニレンビス(1−
メチルエチリデン)]ビスベンゼンジオール
32)1,1−ジ(3−メチル,4−ヒドロキシフェニル),2,2−
ジ(3−メチル,4−ヒドロキシフェニル)エタン
33)1,1−ジ(3,5−ジメチル,4−ヒドロキシフェニル),2,2−
ジ(3,5−ジメチル,4−ヒドロキシフェニル)エタン
34)4,4´ −ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン酸
35)2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン
36)4,4´ −ジヒドロキシベンゾフェノン
37)3,3´ ,5,5´ −テトラメチル,4,4´ −ジヒドロキシビフェニル38)3,3´ −ジメチル,4,4´ −ジヒドロキシビフェニル
39)3,3´ ,5,5´ −テトラフルオロ,4,4´ −
ジヒドロキシビフェニル
40)3,3´ −ジフルオロ,4,4´ −ジヒドロキシビフェニル
41)ビス(4−ヒドロキシフェニル),ジメチルシラン
42)ビス(3,5−ジメチル,4−ヒドロキシヘキシル)メタン
43)ビス(4−ヒドロキシヘキシル)メタン、等
この化合物は、式IIで表される化合物の他に、4−ヒドロキシスチレンの低分子量(Mw =5,000標準ポリスチレンまで)重合体または共重合体でもよい。
【0025】
混合物中の総固体含有量は10〜50重量%、好ましくは15〜25重量%でよい。ここで、固体とは混合物中の成分(a)〜(e)を意味する。(a)および(b)の比率は、(a)および(b)の分子量および化学的性質、および水性アルカリ現像剤中の化合物(a)の溶解性に応じて、重量で100:0〜50:50でよい。この放射感応性混合物をパターン形成の目的に使用すると、シリコンの様な基材ウエハー上に一様なフィルムが形成される。
【0026】
アルカリ溶液中における成分(a)の溶解速度により、(a)および(b)の好ましい比率を決定することができる。a:bの重量比率は、80:20〜60:40であるのが特に好適である。
【0027】
(c)の量は、(a)および(b)の総量に対して0.2〜5重量%、好ましくは1〜3重量%にすることができる。成分(c)の吸収特性は、その量を決定する上で重要なファクターである。(c)の量によって(d)の必要量も決定される。(e)の量は0.1〜20重量%、好ましくは1〜10重量%である。(e)の吸収特性は重要であり、すなわち照射の波長における吸収が低い材料が好ましい。
【0028】
もちろん、成分(a)〜(d)を一般的な溶剤中で単に混合するだけでレジストを製造することができるが、成分(e)を加えることにより、混合物の解像度および焦点深度が改良される。
【0029】
成分(f)は、成分(a)〜(e)を溶解させうる溶媒であればとくに限定されないが、好ましくは安全性の問題、溶解性、沸点の問題、フィルム形成性などの点、により、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、エチルラクテート(EL)セロソルブアセテートなどが好ましい。
【0030】
本発明において、成分(a)〜(f)はそれぞれ1種類のみ存在してもよく、2種類以上含まれていてもよい。
【0031】
本発明のレジスト材料を使用するパターン形成は、例えば、次の様にして行なうことができる。
【0032】
本発明のレジスト材料を、シリコンウエハーの様な基材上に、厚さが500〜2000nmになる様に塗布し、オーブン中、60〜150℃で10〜30分間加熱するか、あるいはホットプレート上、60〜150℃で1〜2分間焼き付ける。この様にして、得られたレジストフィルム上に所望のパターンを形成するためのマスクが形成し、これを300nm以下の深紫外光線に約1〜100 mJ/cmの露光線量で露出し、続いて、0.1〜5%水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液の様な現像溶液を使用し、浸漬法、噴霧法、パドル法などの通常の方法で0.5〜3分間現像することにより、基材上に所望のパターンを形成する。
【0033】
【実施例】
下記の実施例により本発明を説明するが、特に断らない限り、百分率はすべて重量%である。
製造例[ポリ(N,O−アセタール)の合成]
出発化合物Aの合成:
4−メチル,1,3−ジオキソラン−2−オン102.09gを、プロピルアミン59.11gと、アミンを滴下漏斗から徐々に加えながら反応させた。反応混合物を時々冷却して温度を室温の25℃に維持した。アミンを完全に加えた後、内容物を70℃に5時間加熱した。こうして得た化合物Aを蒸留により精製した。沸点は0.4Torrで114〜115℃であった。収量は159.6g(99%)であった。
【0034】
キシレン反応媒体を使用し、酸触媒Amberlyst 15の存在化で、化合物Aをベンブアルデヒドジメチルアセタール(モル比1対1)と130℃で反応させた。形成された水を共沸混合物として除去し、キシレンを時々加えた。8時間の反応後、Amberlyst 15を濾別し、キシレンを留別し、反応混合物をさらに減圧下(0.001Torr)でさらに加熱し、薄層蒸発装置を使用し、160℃で低分子量画分を除去した。
【0035】
製造例2
下記の組成を有するレジスト配合物を製造した。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−スチレン)
(Mw =15,000) 5.67g
製造例1のポリアセタール 3.15g
アルファ、アルファ−ビス(p−クロロフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのプロピレン
グリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA) 溶液 2.76g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA) 41g
【0036】
この混合物を1時間以上攪拌し、0.5および0.2ミクロンフィルターを使用してレジスト溶液を濾過し、粒子を除去した。こうして得られたレジスト溶液をシリコンウエハー(どの様な半導体基材でも使用できる)上にスピンコーティングし、温度130℃で60秒間予備焼付けした。レジストの厚さは0.746ミクロンであり、この様にして被覆したシリコン基材を、マスクおよび開口数0.5のステッパーを使用し、248.4nmのKrFエキシマレーザー光線に選択的に露出した。ホットプレート上、55℃で155秒間焼き付けた後、アルカリ性現像液(2.38重量%の水酸化テトラメチルアンモニウム)を使用して60秒間現像し、レジスト材料の露光部分だけを溶解させて除去した。その結果、ポジ型パターンが得られた。このポジ型パターンは、アスペクト比がほとんど90°、解像度が0.24ミクロンの線および空間であり、露光エネルギーが32.1 mJ/cmで、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で0.9であった。
【0037】
製造例3
製造例2に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、製造例2に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル,4−ヒドロキシスチレン)(Mw =10000、4−ヒドロキシスチレン含有量60モル%)5.67g
製造例1のポリアセタール 3.15g
アルファ、アルファ−ビス(p−クロロフェニル)ジアゾメタン 0.136g0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.09g
PGMEA溶剤 41g
【0038】
ポジ型パターンは、アスペクト比がほとんど90°、解像度が0.24ミクロンの線および空間であり、露光エネルギーが52 mJ/cmで、焦点深度が0.3ミクロンで0.9ミクロンであった。
【0039】
製造例4
製造例2に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、製造例2に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル,4−ヒドロキシスチレン)(Mw =15000、4−ヒドロキシスチレン含有量65モル%)6.3g
製造例1のポリアセタール 2.7g
アルファ、アルファ−ビス(p−クロロフェニル)ジアゾメタン 0.205g0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 4.05g
PGMEA溶剤 41g
【0040】
ポジ型パターンは、アスペクト比がほとんど90°、解像度が0.24ミクロンの線および空間であり、露光エネルギーが52 mJ/cmで、焦点深度が0.3ミクロンで0.9ミクロンであった。
【0041】
製造例5
製造例2に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、製造例2に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル,4−ヒドロキシスチレン)(Mw =10000、4−ヒドロキシスチレン含有量60モル%)6.3g
製造例1のポリアセタール 2.7g
ヘキサフルオロプロピルスルホン酸トリフェニルスルホニウム 0.205g0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 4.05g
PGMEA溶剤 41g
【0042】
ポジ型パターンは、アスペクト比がほとんど90°、解像度が0.24ミクロンの線および空間であり、露光エネルギーが52 mJ/cmで、焦点深度が0.3ミクロンで0.9ミクロンであった。
【0043】
実施例1
下記の組成を有するレジスト配合物を製造した。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−スチレン)
(Mw =15,000、スチレン含有量5モル%) 5.67g
製造例1のポリアセタール 3.15g
アルファ、アルファ−ビス(p−クロロフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのプロピレン
グリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA) 溶液 2.76g
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
(ビスフェノールA) 0.18g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA) 40g
【0044】
この混合物を1時間以上攪拌し、0.5および0.2ミクロンフィルターを使用してレジスト溶液を濾過し、粒子を除去した。こうして得られたレジスト溶液をシリコンウエハー(どの様な半導体基材でも使用できる)上にスピンコーティングし、温度130℃で60秒間予備焼付けした。レジストの厚さは0.746ミクロンであり、この様にして被覆したシリコン基材を、マスクおよび開口数0.45のステッパーを使用し、248.4nmのKrFエキシマレーザー光線に選択的に露出した。ホットプレート上、55℃で155秒間焼き付けた後、アルカリ性現像液(2.38重量%の水酸化テトラメチルアンモニウム)を使用して60秒間現像し、レジスト材料の露光部分だけを溶解させて除去した。その結果、ポジ型パターンが得られた。このポジ型パターンは、壁角度がほとんど90°、解像度が0.22ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.5ミクロンであった。
【0045】
実施例2
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル,4−ヒドロキシスチレン)(Mw =10000、4−ヒドロキシスチレン含有量60モル%)5.67g
製造例1のポリアセタール 3.15g
アルファ、アルファ−ビス(p−クロロフェニル)ジアゾメタン 0.136g0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.09g
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン 0.18g
PGMEA溶剤 41g
【0046】
ポジ型パターンは、壁角度が90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.7ミクロンであった。
【0047】
実施例3
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル,4−ヒドロキシスチレン)(Mw =15000、4−ヒドロキシスチレン含有量65モル%)6.12g
製造例1のポリアセタール 2.7g
アルファ、アルファ−ビス(t−ブチルフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.76g
1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン 0.18g
PGMEA 41g
【0048】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.7ミクロンであった。
【0049】
実施例4
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル,4−ヒドロキシスチレン)(Mw =15000、4−ヒドロキシスチレン含有量65モル%)6.12g
製造例1のポリアセタール 2.7g
ヘキサフルオロプロピルスルホン酸トリフェニルスルホニウム 0.2g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 4g
1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン 0.18g
PGMEA 41g
【0050】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.7ミクロンであった。
【0051】
実施例5
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル,4−ヒドロキシスチレン)(Mw =15000、4−ヒドロキシスチレン含有量65モル%)5.94g
製造例1のポリアセタール 2.7g
ヘキサフルオロプロピルスルホン酸トリフェニルスルホニウム 0.2g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 4g
1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン 0.36g
PGMEA 41g
【0052】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.7ミクロンであった。
【0053】
実施例6
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル,4−ヒドロキシスチレン)(Mw =15000、4−ヒドロキシスチレン含有量65モル%)5.94g
製造例1のポリアセタール 2.7g
ヘキサフルオロプロピルスルホン酸トリフェニルスルホニウム 0.2g
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル),1−{4−[1−
(4−ヒドロキシフェニル)1−(メチル)エチリデン]}エタン
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 4g
PGMEA 41g
【0054】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.7ミクロンであった。
【0055】
実施例7
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル,4−ヒドロキシスチレン)(Mw =15000、4−ヒドロキシスチレン含有量65モル%)5.67g
製造例1のポリアセタール 3.15g
アルファ、アルファ−ビス(p−クロロフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.76g
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン
(ビスフェノールAF) 0.18g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA) 40g
【0056】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.7ミクロンであった。
【0057】
実施例8
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−スチレン)
(Mw =15000、スチレン含有量5モル%) 6.12g
製造例1のポリアセタール 2.7g
アルファ、アルファ−ビス(p−クロロフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.76g
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン
(ビスフェノールAF) 0.18g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA) 40g
【0058】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.7ミクロンであった。
【0059】
実施例9
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル,4−ヒドロキシスチレン)(Mw =15000、4−ヒドロキシスチレン含有量65モル%)6.12g
製造例1のポリアセタール 2.7g
アルファ、アルファ−ビス(p−クロロフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.76g
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル),1−フェニルエタン 0.18g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA) 40g
【0060】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.5ミクロンであった。
【0061】
実施例10
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン) 6.12g
製造例1のポリアセタール 2.7g
アルファ、アルファ−ビス(p−クロロフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.76g
1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン 0.18g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA) 40g
【0062】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.5ミクロンであった。
【0063】
実施例11
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−t−ブチルオキシ
カルボニルオキシスチレン)(Mw =14000、
4−ヒドロキシスチレン含有量90モル%) 6.12g
製造例1のポリアセタール 2.0g
アルファ、アルファ−ビス(p−クロロフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.76g
1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン 0.18g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA) 40g
【0064】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.5ミクロンであった。
【0065】
実施例12
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−テトラヒドロピラニルオキシスチレン)(Mw =14000、4−ヒドロキシスチレン含有量60モル%)6.12g
アルファ、アルファ−ビス(p−クロロフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.76g
1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン 0.18g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA) 40g
【0066】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.5ミクロンであった。
【0067】
実施例13
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−4−t−ブトキシ
カルボニルオキシスチレン)(Mw =14000、
4−ヒドロキシスチレン含有量60モル%) 6.12g
トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム 0.18g
アルファ、アルファ−ビス(p−クロロフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.76g
1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン 0.18g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA) 40g
【0068】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.5ミクロンであった。
【0069】
実施例14
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−テトラヒドロピラニル
オキシカルボニルオキシスチレン)(Mw =14000、
4−ヒドロキシスチレン含有量60モル%) 6.12g
アルファ、アルファ−ビス(p−クロロフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.76g
1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン 0.18g
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA) 40g
【0070】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.5ミクロンであった。
【0071】
実施例15
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル,4−ヒドロキシスチレン)(Mw =15000、4−ヒドロキシスチレン含有量65モル%)6.12g
製造例1のポリアセタール 2.7g
アルファ、アルファ−ビス(p−クロロフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.76g
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)1−{4−[1−
(4−ヒドロキシフェニル)1−(メチル)エチリデン]}エタン0.18g
PGMEA 41g
【0072】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.7ミクロンであった。
【0073】
実施例16
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル,4−ヒドロキシスチレン)(Mw =15000、4−ヒドロキシスチレン含有量65モル%)6.12g
製造例1のポリアセタール 2.7g
アルファ、アルファ−ビス(t−ブチルフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.76g
2,2´ −ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン 0.18g
PGMEA 41g
【0074】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.6ミクロンであった。
【0075】
実施例17
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル,4−ヒドロキシスチレン)(Mw =15000、4−ヒドロキシスチレン含有量65モル%)6.12g
製造例1のポリアセタール 2.7g
アルファ、アルファ−ビス(t−ブチルフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.76g
1,1−ビス(4−ヒドロキシ,3−
メチルフェニル)シクロヘキサン 0.18g
PGMEA 41g
【0076】
ポジ型パターンは、アスペクト比が約90°、解像度が0.20ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.5ミクロンであった。
【0077】
実施例18
実施例1に記載の手順と同様にして、下記の組成を有するレジスト配合物を製造し、実施例1に記載の実験と同じ実験を行なった。
ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル,4−ヒドロキシスチレン)(Mw =15000、4−ヒドロキシスチレン含有量65モル%)6.12g
2,2−ビス(p−t−
ブトキシカルボニルオキシフェニル)プロパン 2.7g
アルファ、アルファ−ビス(t−ブチルフェニル)ジアゾメタン 0.18g
0.1mmol/g酢酸トリフェニルスルホニウムのPGMEA溶液 2.76g
1,1−ビス(4−ヒドロキシ,3−
メチルフェニル)シクロヘキサン 0.18g
PGMEA 41g
【0078】
ポジ型パターンは、壁角度が87°、解像度が0.24ミクロンの線および空間であり、焦点深度が0.3ミクロンの線および空間で1.4ミクロンであった。
【0079】
製造例2)〜5)および実施例1)〜18)の解像度および焦点深度の結果を比較することにより、焦点深度ならびに解像度を改良するには、本発明の成分(e)を使用することが重要であることが分かる。

Claims (8)

  1. a)水に不溶でかつ、アルカリ水溶液に可溶であるかまたはアルカリ水溶液中で膨潤し得る、水酸基が酸により開裂し得る基で部分的に保護されているフェノール基を有する重合体である結合剤、
    b)一般式(I):
    (−CHR−O−R−X−NR−) (I)
    (式中、Rはアルキル、アリールまたは置換されたアリール基であり、
    は二価のアルキレン、シクロアルキレン、二価のアルケン、または二価のアルキン基であり、
    はアルキル、アルケン、アルキンまたは、シクロアルキル基であり、
    Xは−OCO−、−CO−、または−NHCO−であり、そして
    pは1以上の数である。)
    を有するポリ(N,O−アセタール)および/または水酸基が酸により開裂し得る基で保護されているフェノール性化合物からなる溶解防止剤、
    c)活性線放射に露出することにより酸を発生し得る感光性化合物、
    d)活性線放射に露出することにより、中性化合物に分解し得る塩基、
    e)一般式(II):
    Figure 0003549592
    (nは1〜5の整数、mは0〜4の整数、n+m≦5であり、pは1〜10の整数であり、
    Rは、炭素数1〜12のアルキル基、置換されてもよいシクロアルキル基または炭素数1〜5のヒドロキシアルキル基であって、それらの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよく、mが2以上のときRは同一であっても異なっていてもよく;Aは、炭素数1〜100の置換されていてもよい、環状脂肪族、鎖状脂肪族、芳香族またはその組合せを含むp価の炭化水素原子団であって、それらの炭素原子が酸素原子で置換されていてもよい。ただし、p=1のときAは水素原子であってもよく、p=2のときAは、−S−、−SO−、−SO−、−O−、−CO−または直接結合であってもよい。)により表されるフェノール性化合物、
    f)溶剤、
    を含むことを特徴とする、放射線感応性組成物。
  2. 成分a)が、ポリ(4−ヒドロキシスチレン)、ポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−3−メチル−4−ヒドロキシスチレン)またはポリ(4−ヒドロキシスチレン−コ−スチレン)であることを特徴とする、請求項に記載の放射線感応性組成物。
  3. 成分a)中の酸により開裂し得る基がt−ブチルオキシカルボニル、エトキシエチル、テトラヒドロピラニルまたはトリアルキルシリル基であることを特徴とする、請求項に記載の放射線感応性組成物。
  4. 成分b)中の酸により開裂し得る基がt−ブチルオキシカルボニル、エトキシエチル、テトラヒドロピラニルまたはトリアルキルシリル基であることを特徴とする、請求項1またはに記載の放射線感応性組成物。
  5. 成分c)が一般式(III ):
    Ar−SO−C(N)−Y−Ar´ (III )
    [式中、ArおよびAr´ は独立してフェニル、クロロフェニル、トルエン、アルキル基であるか、またはそれらの組合せであり、Yは−SO−または−CO−、または(Ar)SO (式中、Arはフェニル基であり、Rはアルキルまたはハロゲン化アルキル基である。)]
    により表されることを特徴とする、請求項1に記載の放射線感応性組成物。
  6. 成分c)が、活性線照射に露出することによりスルホン酸を発生するものであることを特徴とする、請求項1に記載の放射線感応性組成物。
  7. 塩基成分d)が酢酸塩陰イオン、スルフォニウムイオンまたはアンモニウム塩を有するオニウム塩であることを特徴とする、請求項1に記載の放射線感応性組成物。
  8. 組成物中の成分e)の量が固体の総量に対して10重量%までであることを特徴とする、請求項1に記載の放射線感応性組成物。
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