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KR987001100A - 포지티브형 레지스트 조성물(Positive Resist Composition) - Google Patents

포지티브형 레지스트 조성물(Positive Resist Composition) Download PDF

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KR987001100A
KR987001100A KR1019970704465A KR19970704465A KR987001100A KR 987001100 A KR987001100 A KR 987001100A KR 1019970704465 A KR1019970704465 A KR 1019970704465A KR 19970704465 A KR19970704465 A KR 19970704465A KR 987001100 A KR987001100 A KR 987001100A
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모또후미 가시와기
데쯔료 구스노끼
마사히로 나까무라
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나까노 가쓰히꾸
닛뽕 제온 가부시끼가이샤
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Abstract

알칼리 가용성 페놀 수지, 특정 폴리히드록시 화합물의 퀴논디아지드 술폰산 에간테르를 갖는 감광제 및 방향족 페놀성 화항물을 함유하는 포지티브형 레지스트 조성물.

Description

포지티브형 레지스트 조성물(Positive Resist Composition)
레지스트를 사용하여 미세 패턴을 형성하는데는 기판상에 감광성 재료(레지스트 조성물)를 함유하는 용액을 도포하여 건조시켜 감광막을 작성한 후에, 활성광선을 조사(照射)하여 잠상을 형성, 이어서 현상하여 네가 티브형 또는 포지티브평의 화상을 작성한다. 레지스트를 사용하여 미세가공에 의해 반도체 소자를 제조하는 데는 보통, 기판으로 실리콘웨이퍼를 사용하고, 상기 리소그래피 기술에 의해 화상(패턴)을 형성, 이어서 기판상에 남은 레지스트를 보호막으로하여 에칭을 행한 후, 레지스트막을 제거한다. 포지티브형 레지스트에서는 감광막의 피조사 부분이 미조사 부분에 비해 현상액 중에서의 용해성이 늘어나 포지히브 형상은 주고, 네가티브형 레지스트에서는 감광막의 피조사 부분의 용해성이 감소하여 네가티브 형상을 준다.
종래, 반도체 소자를 형성하기 위한 레지스트 조성 물로는 예를 들어, 고리와 폴리이소프렌과 비스디아지드 화합물로 이루어진 네가티브형 레지스트가 알려져 있다. 그러나 이 네가히브형 레지스트는 유기강제로 현상하기 때문에, 팽윤이 크고 해상성에 한계가 있으므로, 고집적도의 반도체의 제조에 대응할 수 없다는 결점이 있다. 또 폴리메타크릴산 글리시딜을 함유하는 네가티브형 레지스트는 고감도이기는 하지만, 해상도나 드라이 에칭성이 떨어진다.
한편, 이 네가티브평 레지스트 조성물에 대하여 포지티브형 레지스트 조성들은, 해상성이 뛰어나기 때문에 반도체의 고집적화에 충분히 대응할 수 있다고 생각된다. 현재 이 분야에서 일반적으로 사용되고 있는 포지티브형 레지스트 조성물은, 노볼락 수지 등의 알칼리 가용성 수지와 퀴논더아지드화합물로 이루어지는 것이다. 이 포지티브형 레지스트 조성물은, 알칼리 수용액에 의한 현상을 행할 수가 있고, 해상성이 뛰어나다. 또 이러한 포지티브형 레지스트 조성물은 그 자체의 성능개량과 노광기의 고성능화에 따라 해상도가 향상하고, 1㎛이하의 미세패턴의 형성도 가능하게 되었다.
그러나 종래의 포지티브형 레지스트 조성물은 감도, 잔막율, 해상도, 내열성, 보본안정성 등의 여러 특성의 면에서 반드시 만족할 결과는 얻어지지 않아, 성능의 일충 향상이 요망되고 있다.
또 1㎛이하, 특히 0.8㎛이하의 미세패턴 형성에 있어서는, 레지스트의 길이를 보다 엄격히 제어할 필요가 있고, 따라서 보다 길이 정도(精度)가 좋은 포지티브형 레지스트 조성물이 강하게 요구되고 있다.
최근 알칼리 가용성 페놀수지와 감광제를 함유하는 포지티브형 레지스트에 있어서, 감광제로는 각종 페놀화 함물의 퀴논디아지드 술폰산 에스테르를 사용하는 것이 제안되고 있다(예를 들어 일본 공개특허공보 평 2-296247호, 평 2-296249호). 그러나 이들 문헌에 구체적으로 개시되어 있는 포지티브형 레지스트 조성물은 감도, 해상도, 잔막율, 노광마진, 또는 패턴형상 등이 약간 불충분하여, 거듭 개선이 요구되고 있다.
발명의 개시
본 발명의 목적은, 감도, 잔막율, 해상도, 노광마진 및 패턴형상 등의 여러 특성의 밸런스가 뛰어난, 특히 1㎛이하의 미세가공에 적함한 포지티브형 레지스트 조성물을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은 상기 종래 기술이 가지는 문제점을 극복하기 위해 예의연구할 결과, (a) 알칼리 가용성 페놀수지와, (b) 감광제로써 특정 폴리히드록시 화합물의 퀴논디아지드 술폰산 에스테르와, (c) 케놀성 히드록실기를 가지는 방향족 화함물을 조합시키는 감광성 재료를 사용함으로써 상기 목적을 탄성할 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명의 감광성 재료, 즉 포지티브형 레지스트 조성물은 감도, 잔막율, 해상도 및 패턴형상 등의 여러 특성의 밸런스가 뛰어나고, 노광마진, 내열성, 보존안정성, 내 드라이에칭성 등도 양호하다. 본 발명은 이들의 지견에 기초하여 환성할 때까지 이른 것이다.
이리하여, 본 발명에 의하면 (a) 알칼리 가용성 페놀수지, (b) 하기의 화학식(I)로 나타내는 폴리히드록시 화합물의 퀴논디아지드 술폰산 에스테르로 이루어지는 감광제 및 (c) 페놀성 히드록실기를 가지는 방향족 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 포지티브형 레지스트 조성물이 제공된다.
k : 1 또는 2이다.
m : 1 또는 2이다.
R1~R4: 할로겐원자, 알킬기, 알케닐기, 알콕시기, 아릴기 또는 아실기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다.
R5~R10: 수소원자, 할로겐원자, 알킬기, 알케닐기, 알콕시기, 아릴기 또는 아실기이며, 각각 동일 또는 상이 할 수 있다.
X : 단결함,-0-,-S-,-S0-,-S02-,-CO-,-CO2-, 시클로펜틸리덴, 시클로헥실리덴, 페닐렌,
(R11및 R12수소원자, 알킬기, 알케닐기, 아릴기 또는 치환아릴기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다)
(R13~ R16: 수소원자 또는 알킬기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다. n: 1∼5의 정수이다) 또는
(R17~ R30: 수소원자 또는 알킬기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다)으로 이루어진 연결기이다.
본 발명은 포지티브형 레지스트 조성물에 환한 것이며, 더 자세하게는 반도체 소자, 자기 버블 메모리 소자, 집적회로 등의 제조에 필요한 미세가공용 포지티브형 레지스트 조성물에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 서술한다
(a) 알칼리 가용성 페놀수지
본 발명에 있어서 사용되는 알칼리 가용성 페놀수지로서는, 예를 들면 페놀류와 알데히드류의 축합반응 생성물, 페놀류와 케톤류의 축할반응 생성물, 비닐페놀계 중합체, 이소프로페닐페놀계 중합체, 이들의 페놀수지의 수소첨가 반응 생성물 등을 들 수 있다.
여기에서 사용하는 페놀류의 구체적인 예로는, 페놀, 크레졸, 크실레놀, 에틸페놀, 프로필페놀, 부틸페놀, 페닐페놀 등의 일가 페놀류, 레조르시놀, 피로카테롤, 히드로위논, 비스페놀 A, 플로로글루시놀, 피로갈골 등의 다가 페놀류 등을 들 수 있다. 페놀류의 바림직한 예는 크레졸이나 크실레놀이고, 특히 m-크레졸, p-크레졸, 3,5-크실레놀이 바람직하다. 이득은 자각 단독으로, 흑은 2종 이상을 조합하여 사용할 수가 있고, m-크레졸, p-크레졸과의 조합이나 m-크레졸, p-크레졸 및 3.5-크실레놀의 조합은 바람직한 예이다.
알데히드류의 구체적인 예로는, 포름란데히드, 아세트안데히드, 벤즈안데히드, 테레프탈안데히드 등을 들 수 있다. 케톤류의 구체적인 예로는, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 디페닐케톤 등을 들 수 있다. 이득의 축합반응은 통상의 방법에 따라 행할 수가 있다.
비닐궤놀계 중합체는 비닐줴놀의 단독 중합체 및 비닐페놀과 공중합 가능한 성분과의 공중합체로부터 선택 된다. 공중함 가능한 성분의 구체적인 예로는, 아크릴산, 메트아크릴산, 스티렌, 무수 말레산, 말레산 이미드, 아세트산비닐, 아크릴로니트릴, 및 이들의 유도체 등을 들 수 있다.
이소프로페닐페놀계 중합체는 이소프로페닐페놀의 단독 중합체 및 이소프로페닐페놀과의 공중합 가능한 성분과의 공중합체로부터 선택된다. 공중합가능한 성분의 구체적인 예로는, 아크릴산, 메트아크릴산, 스티렌, 무수 말레산, 말레산 이미드, 아세트산비닐, 아크릴로니트릴, 및 이들의 유도체 등을 들수 있다.
페놀수지의 수소첨가 반응 생성물을 사용하는 경우에는, 그 생성물은 임의의 공지의 방법에 의해 제조하는 하에, 수소를 도입함에 따라 탄성할 수 있다.
분쇄하여 적당한 용해도를 가지는 유기용제에서 고-액 추출하거나, 혹은 수지를 양용제(陽溶劑)에 용해하여
(b) 감광계
본 발명에서 사용할 수 있는 감광제는, 상기 화학식 (I)에서 나타내는 폴리히드록시 화합물의 퀴논딘아지드 술폰산 에스테르, 2,1-나프토퀴논디아지드들-5-술폰산 에스테르, 그 외의 퀴논디아지드 유도체의 술폰산 에스테르 등을 들 수 있다.
본 발명에서 사용하는 감광제는 화학식(I)에서 나타내는 페놀 화합물과 퀴논디아지드 술폰산 화합물과의 에스테르화 반응에 의해 합성할 수가 있다. 퀴논디아지드 술폰산 화합물로써는, 예를 들면 1,2-벤조위논디아지드억-술폰산, 1,2-나프토위퀴논디아지드-4-술폰산, 2,1-벤조논디아지드-4-술폰산, 2,1-나프토퀴논디아지드-5-술폰산 등의 9-퀴논디아지드 술폰산 화합물, 그 외의 퀴논디아지드 술폰산 유도체 등을 들 수 있다.
본 발명에서 사용하는 퀴논디아지드 술폰산 에스테르는, 통상의 방법에 따라서 퀴논디아지드 술폰산 화합물을 클르술폰산 화합물에서 술포닐 클로라이드로 하여 수득한 퀴논디아지드 술포닐 클로라이드와 화학식(I)에서 나타내는 폴리히드록시 화합물을 축합반응시킴으로씬 얻을 수 있다. 예를 들면, 폴리 히드록시 화합물과 1,2-나프토퀴논디아지드드-5-술포닐 클로라이드의 소정량을 디옥산, 아세톤 또는 테트라히드로푸란 등의 용제에 용해하여 트리에틸아민, 피리딘, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 등의 염기성 촉매를 가하여 반응시키고, 수득한 생성물을 수세 건조함으로써 퀴논디아지드 술폰산 에스테르를 조제할 수가 있다.
본 발명에서 사용되는 감항제의 모핵이 되는 폴리히드록시 화합물은, 상기 화학식(I)에서 나타내는 화합물 이다.
화학식(I)에 있어서 할로겐원자로서는, 염소 및 브롬이 바람직하다, 알킬기로는, 탄소수 1∼4의 알길기가 바람직하다. 알케닐기로는, 탄소수 2∼5의 알케닐기가 바람직하다. 알콕시기로는, 탄소수 1∼6의 알콕시기가 바람직하다. 아릴기로는, 탄소수 6∼15의 아릴기가 바람직하다. 치환 아릴기로는, 탄소수 1∼4의 알길기나 할로겐원자로 치환된 아릴기가 바람직하다.
또 화학식(I)에서 나타내는 폴리히드록시 화합물로는, 하기의 화학식(ll)에서 나타내는 화합물이 바람직하다.
R21및 R22; 수소원자 또는 알킬기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다. 알킬기로는 상기한 바대로 탄소수 1∼4의 알길기가 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 감광계의 모핵이 되는 화학식(I)에서 나타내는 폴리히드록시 화합물의 구체적인 예로써는 이하의 화합물(b-1)∼(b-34)을 들수가 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 감광제에 있어서, 상기 화학식(I)에서 나타내는 폴리히드록시 화합물에 대한 퀴논디아지드 술폰산 화합물의 에스테르화비율(평균 에스테르화율)은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 폴리히드록시 화합물의 OH기의 20∼100%, 바람직하게는 40∼95%, 보다 바람직하게는 65∼90%의 범위이다 (OH기에 대한 퀴논디아지드 술폰산 하합물의 몰%로 표기한다). 에스테르화의 비율이 너무 낮으면 패턴형상 이나 해상성의 열화를 초래하고, 에스테르화의 비율이 너무 높으면 감도의 열화를 초래하는 경우가 있다.
본 발명에서 사용하는 감광계의 배함비율은 특별히 한정되어 있는 것은 아니지만, 알칼리 가용성 페놀수지 100 중략부에 대하여 통상, 1∼100중량부, 바람직하게는 3∼50중량부, 보다 바람직하게는 10∼40중량부이다.
이 배합비율이 너무 적으면 충분한 잔막율을 얻을 수 없고, 해상성의 열화를 초래하며, 역으로 배합비율이 너무 많으면 내열성의 열화를 초래하므로 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용하는 감광제는 각각 단독으로, 흑은 2종 이상을 조항시켜 사용할 수가 있다. 또 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위 내에서 다른 종류의 감광제를 소량(통상, 감광제 전량의 30중량%이하) 혼합하여 사용할 수도 있다. 혼합하는 다른 종류의 감광계로는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지의 퀴논디아지드 술폰산 에스테르라면 사용할 수 있다.
(c) 페놀성 히드록실기를 가지는 방향족 화합물
본 발명의 포지티브형 레지스트 조성 물에는 페놀성 히드록실기를 가지는 방향족 화합물(단순히 페놀 화합물이라고 할 수 있다)을 배합한다. 페놀 화합물을 배합함으로써 알칼리 가용성 페놀수지의 알칼리 용해성을 촉진시키고, 포지티브형 레지스트 조성물의 감도, 잔막율, 해상도, 내열성 등을 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명에서 사용되는 페놀 화합물로는, 페놀성 히드록식기를 가지는 방향족 화합물이라면 특별히 한정되지 않으나, 하기의 화학식(111) 및/또는 화학식(IV)에서 나하내는 방향족 화합물이 바람직하다.
R23∼R26: 수소원자, 할로겐원자, 히드록실기, 알킬기, 알케닐기, 아릴기 또는 아콕시기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다.
Y : 단결함, -0-, -S-, -S0-, -S02-, -CO-. -CO2-, 시클로펜틸리덴, 시클로헥실리 덴, 페닐렌,
(R27∼R28: 수소원자, 알킬기, 알케닐기, 아릴기 또는 치환아릴기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다)
(R27∼R28: 수소원자, 또는 알킬기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다. ) p: 1-∼5의 정수이다),
(R33∼R36: 수소원자, 또는 알킬기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다.)로 이루어진 연결기이다.
R37∼R42; 수소원자, 할로겐원자, 히드록실기, 알킬기, 알케닐기, 아릴기 또는 아콕시기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다.
R43∼R44: 수소원자, 할로겐원자, 또는 알킬기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다.
R45~R47: 수소원자, 또느 알킬기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다.
상기의 화학식 (111) 및 (IV)에 있어서, 할로겐원자로는, 염소 및 브롬이 바람직하다. 알킬기로는, 탄소수 1∼
4의 알길기가 바람직하다. 알케닐기로는, 탄소수 2∼5의 알케닐기가 바람직하다. 알콕시기로는, 탄소수 1∼6의
알록시기가 바람직하다. 아릴기로는, 탄소수 6∼15의 아릴기가 바람직하다. 치환아릴기로는, 탄소수 1∼4의 알킬기나 할로겐원자로 치환된 아릴기가 바람직하다.
화학식(Ⅲ)에서 나타내는 방향족 화합물의 구체적인 예로는, 이하의 화합물(c-1) ∼(c-62)을 들 수 있다.
이들 페놀화합물 중에서도, c-1, c-12, c-13, c-14, c-49, c-52, c-56, c-60, 및 c-64의 화합물이 특히 바람직하다.
이들 페놀화합물의 배합비율은 알칼리 가용성 페놀수지 100중량부에 대하여 통상, 1∼100중량부이다. 웨놀 화합물의 바람직한 배합비율은 알칼리 가용성 페놀수지의 조성, 분자량, 분자량 분포, 혹은 감광제의 종류나 배합비율 등에 따라 다르지만, 약 3∼60중량부이다. 또 이들 페놀화합물은, 각각 단독으로, 혹은 2종 이상을 조합하여 사용할 수가 있다.
용제
본 발병의 포지티브형 레지스트 조성물은 기판에 도포하여 레지스트막을 형성하기 위해 통상, 용제에 응해 하여 사용한다.
용제로는 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로렉산, 시클로렌타는, 2-헵탄을등의 케론류: n-프로필알콜, 이소-프로필 알콜, n-부틸알콜, 시클로렉산을 등의 알콜 류 : 에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리를디에틸에테르, 디옥산 등의 에테르 류 : 에틸렌글리콜모노메틸게테르, 에틸글리콜모노에틸에테르 등의 , 알콜에테르 류 : 포롭산 프로필, 포름산부틸, 아세트산프로필, 아세트산부틸, 프로피은산메틸, 프로피온산에틸, 부티르산메틸, 부티르산 에틸 등의 에스테르 류 : 2-옥시프로피온산메틸, 2-옥시프로피온산에틸, 2-메특시프로피온산메틸, 2-메록시프로 피온산에릴, 2-에톡시프로피온산메틸, 2-에톡시프로피온산에틸 등의 모노옥시카르복실산에스테르 류 : 겔로솔 브아세테이트, 메틸겔로솔브아세테이트, 에틸겔로솔브아세테이트, 프로필겔로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아 세테이트 등의 겔로솔브에스테르 류 프로필렌글리콜, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로렌글리콜모노메힐 에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노부틸에테르 등의 프로필렌글리콜 류: 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에티르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르 등의 디에틸렌글리콜 류 : 트리클로로에틸렌 등의 할로겐화 탄화수소류 : 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소류 , 디메릴아세트아미드, 디메틸포름아미드, N-메틸아세트아미드 등의 극성용매 등을 들 수 있다. 이들 용제는 각각 단독, 흑은 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 가 있다. 이들 용제는 각 성분이 균일하게 용해하는데 충분한 양으로 사용한다.
그 외의 성분
본 발명의 포지티브형 레지스트 조성 물에는, 필요에 따라 현상성, 보존안정성, 내열성 등을 개선하기 위하여 예를 들면, 스티렌과 아크릴산, 메트아크릴산 또는 무수 알레 산과의 공중합체 알켄과 무수 말레산과의 공중합체, 비닐 알콜중합체, 비닐피콜리돈중합체, 로진, 셀락 등을 첨가할 수가 있다. 첨가량은 알칼리 가용성 페놀수지 100중량부에 대하여 상기 중합체 0∼50 중량구, 바람직하게는 5∼20중량부이다.
본 발명의 포지티브형 레지스트 조성 물에는, 필요에 따라 염료, 계면활성제, 보존안정제, 중감제, 스트리에이션방지제, 가소제 등의 상용성 있는 침가제를 함유시킬 수가 있다.
현상액
본 발명의 포지티브형 레지스트 조성물의 현상액으로는, 알칼리의 수용액을 사용하는데, 구체적으로는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 규산나트륨, 암모니아 등의 무기알칼리 류 : 에틸아민, 프로필아민 등의 제1아민류 : 디에틸아민, 디프로필아민 등의 제2 아민류 : 트리메틸아민, 트리에칠아민 등의 제3아민류 : 디메틸메탄올아민, 트리에탄올아민 등의 알콜아민류 : 테트라메틸암모늄히드록시드, 테트라에턴암모늄히드록시드, 트리메틸히드록시메틸암모늄히드록시드, 트리에틸히드록시메틸암모늄히드록시드, 트리메틸히드록시에틸암모늄히드록시드 등 의 제4 급 암모늄염 등을 들 수 있다.
또한 필요에 따라서 상기 알칼리수용액에 메탄올, 에탄올, 프로판올, 에틸겐글리를 등의 수용성 유기강매, 계면활성제, 보존안정제, 수지의 용해 억제제 등을 적량 첨가할 수 있다.
이하에 실시예 및 비교예를 들어서 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 또한, 확 및 %는 특별한 언급이 얼는한, 중량 기준이다.
d이하의 실시예 및 비교예에서의 레지스트 평가방법은 다음과 같다.
(1) 감도
0.60㎛의 1:1라인 및 스페이스가 설계계획대로 형성될 수 있는 노광 에너지 양을 노장시간(msec)으로 나타낸
(2) 해상도
상기 노광조건에 있어서의 임계해상도(㎛)를 나타낸다.
(3) 잔막율
현상 전후의 레지스트막의 비(%)를 나타낸다.
(4) 패턴형상
레지스트 패턴을 형성한 웨이퍼를 라인패턴의 수직방향으로부터 절단하여, 패턴의 단면방향으로부터 전자현미경으로 관찰한 경과를 나타내었다. 패턴으 측벽이 기판에 대하여 80도 이상의 각도로 솟아있고, 막 감소가 없는 것을 「양호」 하다고 판정하였다. 측벽이 80도 미만인 각도로 솟아있는 것을 「테이퍼」 라고 판단하였다. 막 감소가 조금 있는 것을 「막감소 소」 로 하고, 큰것을 「막감소 대」 라고 하였다.
(5) 노광마진
노광에너지양과 0.50㎛의 라인패턴 길이의 관계를 그래프화하여, 패턴길이의 변동량이 0.475∼0.525㎛의 범위(설계길이의 ±5% 이내)로 유지할수 있는 노광에너지의 폭을 구하여, 이 폭을 상기 감도로 나눈 값이다. 이 값이 클수록 노광에너지양에 대한 길이변화가 작은 것을 나타낸다.
[함성예 1] (노블락수지 A-1의 합성)
냉각관과 교만장치를 장착한 플라스크 m-크레졸 385g, p-크레졸 315g, 37% 포르말린 360g, 및 수산 2 수화물 2.49g올 넣어, 95∼100℃로 유지하면서 2시간 반응시켰다. 그후, 100∼105℃에서 2시간에 걸쳐 물을 증류제거하고, 다시 180℃까지 승온하면서 10∼30mmHg까지 감압하여 미반응 모노머 및 물을 제거한 후, 용매수지를 실은으로 복귀시켜서 회수하여 노볼락수지 (A-1)를 515g 수득하였다. 이 노볼락수지의 겔 투과 (Gel Permeation)크로마토그래피(GPC)에 의한 폴리스티렌 환산의 중량 평균분자량은 7000이었다.
[합성예 2] (노볼라수지A-2의 합성)
합성예 1에서 수득한 노블락수지 380g에 에틸셀로솔브아세테이트 360g을 가하여 용해하였다. 플라스크에 적하깔대기를 장착하여 온도를 80∼85℃로 제어한 상태에서 적하깔대기로 톨루엔 950g을 적하하고, 다시 80℃에서 1시간 가열하였다. 실온까지 서서히 냉각, 다시 1시간 방치하였다. 석출된 수지분의 상등액을 경사 분리 (decantation)에 의해 제거한 후, 젖산에틸 (2-옥시프로피온산에틸) 570g을 가하여 100mmHg에서 100℃로 가열 하여 잔류 톨루엔을 제거하고 노블락수지 (A-2)의 젖산에틸용액을 수득하였다. 이 노볼락수지의 GPC에 의한 폴리스티렌 환산의 중량 평균분자량은 12100이었다.
[합성예 2] (노블락수지 A-3의 합성)
냉각관과 교반장치를 장착한 플라스크에 m-크레졸 420g, p-크레졸 140g 3, 5-크실레놀 158g, 37% 포르말린 421g, 및 수산 2 수화물 2.45g.을 넣어, 95∼100℃로 유지하면서 40분간 반응시켰다. 그후, 100∼105℃에서 2시간동안 물을 중류제거하여 다시 180℃까지 승은하면서 10∼30mmHg까지 감압하고, 미반응 모노머 및 물을 제거한 후, 용매수지를 실온으로 복귀시켜 회수하여 노볼라수지 630g을 수득하였다. 이 수지 100g에 에틸셀로솔브 아세테이트 70g을 가하여, 적하깔대기를 장착한 3리터의 플라스크 안에서 용해하였다. 온도를 80∼85℃로 제어한 상태에서 적하깔대기로부터 톨루엔 650g을 적하하여, 다시 80℃에서 1시간 가열하였다. 실온까지 서서히 냉각, 다시 1시간 방치하였다. 석추된 수지분의 상등액을 경사 분리한 후, 젓산에틸(2-옥시프로피온산에틸)750g을 가하여 100mmHg에서 100℃로 가열하여 잔류 톨루엔을 제거, 노볼락수지 (A-3)의 젖산에틸용액을 수득 하였다. 이 노볼라수지의 GPC에 의한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량은 5700이었다.
[합성에 4] (감광제 B-1의 합성)
폴리히드록시 화합물로서, 상기 식(b-7)의 화합물을 사용하여 이 OH기의 70몰%에 상당하는 양의 1, 2-나프토퀴논디아지드들-5-술폰산클로라이드를 디옥산에 용해하여 10%의 용액으로 만들었다. 20∼25℃로 온도를 제어 하면서, 1,2-나프토퀴논디아지드-5-술폰산클로라이드의 1,2 당량분의 트리에틸아민을 30분 동안 적하하고, 다시 2시간 유지하여 반응을 완결시켰다. 석출된 고형분율 여과, 이온교환수 세정, 건조하여 감광제 (B-1)을 수득하였다.
[합성예 5] (감광제 B-2 ∼ B-8이 합성)
폴리히드록시 화합물의 종류, 또는 OH기 수에 대한 1,2 - 나프토퀴논디아지드-5-슬폰산클로라이드의 배합 몰비를 바꾼 것 이외에는 합성예 4와 동일한 방법에 따라서 감광제(B-2∼B-8)를 함성하였다. 폴리히드록시 화합물의 종류 및 배합 몰비를 표 1에 나타내었다.
[합성예 6] (감광제 B-9의 합성)
폴리히드록시 화합물로서, 2,3,4,4'-테트라히드록시벤조페논을 사용하여 이 OH기에 대한 1,2-나프로퀴논디아 지드-5-술폰산 클로라이드의 배합 몰비를 85%로 한 것 외에는, 합성예 4와 동일한 방법에 따라 감광제(B-9)를 합성하였다.
[합성예 7] (감광제 B-10의 합성)
폴리히드록시 화합물로서, 하기의 화학식에서 나타내는 화합물(d-1)을 사용하여 이 OH기에 대한, 1,2-나프로퀴논디아지드-5-술폰산 클로라이드의 배합 몰비를 80%로 한것 외에는, 합성예4와 동일한 방법에 마라 감광제(B-10)를 합성하였다.
실시예1~15
표2에서 나타낸 조성의 알칼리 가용성 페놀수지(노볼락수지), 감광제, 및 페놀성 히드록실기를 가지는 방향족 화합물(페놀 화합물)을 젖산에틸 (2-옥시프로피온산에틸) 용제에 용해하여 1.17㎛의 막두께로 도포할 수 있도록 용제 배합량을 조정하였다. 이들의 용액을 공경(孔徑) 0.1㎛의 폴리테트라 플루오로에틸렌 제 필터(PTFB필터)로 여과하여 레지스트 용액을 조제하였다.
상기 레지스트 용액을 실리를 웨이퍼 상에 스핀코터로 도포한 후,90℃의 핫 플레이트로 90초간 프리베이크(pre-baking)하여 막두께 1.17㎛의 레지스트막을 형성하였다. 이 레지스트막은 형성한 실리론 웨이퍼를 i선 스테퍼-NSR-1755i7A (니콘샤 제, NA = 0.50)와 테스트용 레티클을 사용하여 노광시간을 변화시키면서 노광을 행하였다. 다음으로 이 웨이퍼를 110℃의 핫 플레이트로 60초간 노광베이크(Pest Exposure Bating : P E B)한 후,2.38% 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액으로 23℃, 1분간 패들법에 의해 현상하여 포지티브형 페턴을 형성하였다.
이 패턴의 형성된 웨이퍼를 꺼내어 전자현미경으로 감도, 해상도, 및 패턴형상을 관찰하였다. 잔막율은 웨이퍼 상에서 패턴이 형성되어 있지 않은 부분의 현상전후의 막두께를 측정하여 구하였다. 이들의 평가겨로가를 표2에 나타낸다.
비교예 1
페놀 화합물을 사용하지 않은 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 레지스트 용액을 조제하여, 동일조건으로 레지스트를 평가하였다. 이 결과를 표2에 나타낸다.
비교예 2
본 발명의 범위 외의 감광제인 감광계 B-7를 사용하고 또한, 페놀 화합물을 사용하지 않았다는 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 레지스트 용액을 조제하고, 동일조건으로 레지스트를 평가하였다. 이 결과를 표2에 나타낸다.
비교에 3
본 발명의 범위 외의 감광제인 감광제 B-10을 사용하고 또한, 페놀 화합물을 사용하지 않았다는 것 이외는 실시예1과 동일하게 하여 레지스트 용액을 조제하고, 동일조건으로 레지스트를 평가하였다. 이 결과를 표2에 나타낸다.
본 발명에 의하면, 감도, 잔막율, 해상성, 노광마진, 패턴형상 등의 여러 특성이 뛰어난 포지티브형 레지스트 조성물을 제공하는 것이 가능하다. 본 발명의 포지티브헝 레지스트 조성물은 반도체소자, 자기 버블 메모리 소자, 집적회로 등의 제조에 필요한 미세가공용 포지티브형 레지스트로 사용할 수가 있고, 특히 ㎛이하의 미세가공에 적합하다.

Claims (12)

  1. (a) 알칼리 가용성 레놀수지, (b) 하기의 화학식(I)에서 나타내는 플리 히드록시 화합물의 퀴논디아지드 술폰산 에스테르로 이루어진 감광제, 및(c) 페놀성 히드록실기를 가지는 방향족 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 포지티브형 레지스트 조성물:
    k: 1 또는 2이다.
    m: 1또는 2이다
    R1∼R4: 할로겐원자, 알킬기, 알케닐기, 알콕시기, 이릴기, 또는 아실기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다.
    R5∼R10: 수소원자, 할로겐원자, 알킬기, 알케닐기, 알콕시기, 아릴기, 또는 아실기이며, 각각 동일 또는 상이 할 수 있다.
    X : 단결합, -0-, -S-, -S0-,-S02-,-CO-,-CO2-, 시클로펜틸리덴, 시클로켁실리덴, 페닐렌,
    (R11및 R12: 수소원자. 알킬기. 알케닐기, 아릴기. 또는 치환 아릴기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다).
    (R13-R16: 수소원자 또는 알킬기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다. n : 1∼5인 정수이다). 또는
    (R17~ R20: 수소원자 또는 알킬기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다.)로 이루어진 연결기이다.
  2. 제1항에 있어서, 화학식(I)에서 나타내는 폴리히드록시 화합물이, 하기의 화학식(Ⅱ)에서 나타난 화합물인것을 특징으로 하는 포지티브형 레지스트 조성물:
    R21및 R22: 수소원자 또는 알킬기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다.
  3. 제1항에 있어서, 페놀성 히드록실기를 가지는 방향족 화합물(c)이 하기의 화학식(Ⅲ)에서 나타내는 방향족 화합물인 것을 특징으로 하는 포지티브형 레지스트 조성들 :
    R23~ R26: 수소원자, 할로겐원자, 히드록실기, 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 또는 알킬기이며 각각 동일 또는
    상이할 수 있다.
    Y : 단결합, -0-,-S-,-S0-, -S02-,-CO-,-CO2-, 시클로펜틸리덴, 시클로켁실리덴, 페닐렌,
    (R27및 R28수소원자, 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 또는 치환 아릴기이며, 각자 동일 또는 상이할 수 있다),
    (R29∼ R32: 수소원자 또는 알킬기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다. p : 1∼5인 정수이다),
    (R33~ R36: 수소원자 또는 알킬기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다)로 이루어지는 연결기이다.
  4. 제1항에 있어서, 페놀성 히드록실기를 가지는 방향족 화합물(c)가 하기의 화학식(IV)에서 나타내는 방향족 화합물인 것을 특징으로 하는 포지티브령 레지스트 조성물
    R37∼ R42: 수소원자, 할로겐원자, 히드록실기, 알킬기, 알케닐기, 아렐기, 또는 알콕시기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다.
    R43및 R44: 수소원자, 할로겐원자, 알킬기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다.
    R45∼ R47: 수소원자, 알킬기이며, 각각 동일 또는 상이할 수 있다.
  5. 제3항에 있어서, 화학식(Ⅲ)에서 나타내는 방향족 화합물(c)이 하기 화합물인 것을 특징으로 차는 포지티
    브형 레지스트 조성물 :
  6. 제4항에 있어서, 화학식(IV)에서 나타내는 방향족 화합물(c)가 하기 화합물인 것을 특징으로 하는 포지티브형 레지스트 조성물 :
  7. 제1항에 있어서, 알칼리 가용성 페놀수지(a)가, 페놀류와 알데히드류와의 축합 반응 생성물인 것을 특징으로 하는 포지티브형 레지스트 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 페놀류가 m-크레졸과 P-크레졸과의 혼합물인 것은 특징으로 하는 포지티브형 레지스트 조성물.
  9. 제7항에 있어서, 페놀류가 m-크레졸과 p-크레졸과 3, 5-크실레놀과의 혼합물인 것을 특징으로 하는 포지티브형 레지스트 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 화학식(I)에서 나타내는 폴리히드록시 화합물의 퀴논디아지드 숲론산 에스테르가, 그 폴리히드록시 화합물의 OH기의 40∼95%가 퀴논디아지드 술폰산 화합물에 의해 에스테르화 된 것임을 특징으로 하는 포지티브형 레지스트 조성물.
  11. 제1항에 있어서, (a) 알칼리 가용성 페놀수지 100중량부, (b) 화학시(I)에서 나타내는 폴리흐드록시 화합물의 퀴논디아지드 술폰산 에스테르로 이루어진 감광제 1∼100중량부 및 (o) 페놀성 히드록실기를 가지는 방향족 화합물 1∼100중량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 포지티브형 레지스트 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 성분(a), (b), 및 (c)를 균일하게 용해하는데 충분한 양의 용제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 포지티브형 레지스트 조성물.
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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