JPH0222942B2 - - Google Patents

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JPH0222942B2
JPH0222942B2 JP58066893A JP6689383A JPH0222942B2 JP H0222942 B2 JPH0222942 B2 JP H0222942B2 JP 58066893 A JP58066893 A JP 58066893A JP 6689383 A JP6689383 A JP 6689383A JP H0222942 B2 JPH0222942 B2 JP H0222942B2
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JP
Japan
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group
energy ray
pattern
sensitive material
resist
Prior art date
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Application number
JP58066893A
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Japanese (ja)
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JPS59193451A (en
Inventor
Masao Morita
Haruyori Tanaka
Saburo Imamura
Toshiaki Tamamura
Osamu Kogure
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Priority to US06/580,468 priority patent/US4507384A/en
Priority to EP84101686A priority patent/EP0122398B1/en
Priority to DE8484101686T priority patent/DE3480735D1/en
Publication of JPS59193451A publication Critical patent/JPS59193451A/en
Priority to US06/680,739 priority patent/US4564579A/en
Publication of JPH0222942B2 publication Critical patent/JPH0222942B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/075Silicon-containing compounds
    • G03F7/0757Macromolecular compounds containing Si-O, Si-C or Si-N bonds
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/09Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
    • G03F7/094Multilayer resist systems, e.g. planarising layers

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 本発明はネガパターンを高精度に再現し、かつ
ドライエツチング耐性の高い高エネルギー線感応
材料及びその使用方法に関する。 〔従来技術〕 従来、IC及びLSI等の製造ではレジストと呼ば
れる高分子化合物等の有機組成物で被加工基板を
被覆し、高エネルギー線をパターン状に照射して
レジストに潜像を形成し、これを現像してパター
ン状のレジスト膜を形成したのち、被加工基板を
腐食液に浸すことにより基板のレジストに覆われ
ていない部分を化学的にエツチングあるいは不純
物をドーピングするなどの処理を行つてきた。 しかし、近年集積回路の高集積化に伴い、更に
微細なパターンを形成することが望まれている。
特に、腐食液に浸しエツチングする湿式法ではサ
イドエツチングが生じるため、これを避けるため
にガスプラズマを用いた反応性イオンエツチング
などのドライエツチングによる加工が盛んになつ
てきた。しかし、従来のレジストはドライエツチ
ングにより被加工基板と同様にエツチングされて
しまうため、レジスト膜厚を厚くすることによつ
て、これに対処してきている。したがつて、ドラ
イエツチング耐性の高いレジスト材料が望まれて
いるが、いまだ十分な耐性を有する材料を見出さ
れていない。 一方、配線の多量化、三次元アレイ構造の素子
などを実現するために、段差のある基板上にレジ
ストパターンを形成することが望まれている。し
たがつて段差をカバーするために、レジスト膜を
厚くする必要が生じる。 更に、高速のイオンを基板に到達させることな
く捕獲するためには、レジストの膜厚も厚くしな
くてはならない。しかし、従来のレジストでは、
膜厚が厚くなるに従い解像度の低下が起り、微細
なパターンを形成することができなかつた。 この問題を解決するために、レジストを一層で
はなく多層化することにより、形状比の高いレジ
ストパターンを形成する方法が提案されている。
すなわち、第1層目に有機高分子材料の厚膜を形
成し、その上の第2層に薄膜のレジスト材料層を
形成したのち、第2層のレジスト材料に高エネル
ギー線を照射し、現像したのち得られるパターン
をマスクとして第1層の有機高分子材料をドライ
エツチングすることにより、高形状比のパターン
を得ようとするものである。しかし、この方法で
は第2層に通常のレジストを用いた場合、第1層
と第2層の材料のドライエツチング速度の比、す
なわち選択比が大きくとれなかつたり、大きくす
るためには、かなり長いエツチング時間を必要と
した。例えば、秋谷ら(第43回応用物理学会学術
講演会講演予稿集p213)によれば第1層にポリ
メチルメタクリレート(以下PMMAと略記する)
を、第2層にクロロメチル化ポリスチレンを用い
た系で、四塩化炭素エツチングガスとしたドライ
エツチングを行えば、その選択比は非常に高くな
り、高形状比のレジストパターンが形成できるこ
とを報告している。しかしこの場合には、
PMMAのエツチング速度も小さくなつてしまう
ため、厚いPMMAをエツチングするのに時間が
かかり、また、四塩化炭素で下地基板も同時にエ
ツチングしてしまう欠点がある。 酸素プラズマを用いる多層レジスト系としては
1層目の厚膜高分子材料層と、2層目のレジスト
との中間に酸素プラズマ耐性の高い無機物層を設
ける3層構造のレジストが提案されている。この
場合はレジスト材料で形成したパターンをマスク
として四塩化炭素、四フツ化炭素又はアルゴン等
のガスを用いて無機物層をドライエツチングし、
ついで無機物質パターンをマスクとして、酸素で
有機高分子材料層をドライエツチングすることに
なる。そしてこの場合には、酸素プラズマは1層
目の厚膜高分子材料を速やかにエツチングでき、
基板は全くエツチングされないため、エツチング
の終点をモニターせずとも所望のプロフアイルを
有するレジストパターンが形成できる。しかしな
がら、工程数が大幅に増加するという欠点を有す
る。 一方、酸素プラズマによるドライエツチング耐
性の高いシリコーン系レジストを第2層に用いた
場合には、第2層のレジストパターンをマスクと
して第1層の有機高分子材料をドライエツチング
する際に酸素プラズマが使えるため、短時間で少
ない工程数により高形状比のレジストパターンを
形成できる。しかし、現在知られているシリコー
ン系レジストではガラス転移温度が室温より相当
低く、分子量の低いポリマーは液状あるいは半液
状のため、非常に扱い難く、高エネルギー線に対
しても感度が悪くなる。 他方、分子量を高くするとゴム状になり若干扱
いやすくなり、また感度も高くなるが、現像溶媒
中での膨潤のためパターンのうねり等の解像度の
低下を招く等の欠点があつた。また、架橋反応の
感度を高くするためビニル基等の連鎖反応性の高
い官能基を側鎖に導入しており、これも解像性を
低下させている原因となつている。 〔発明の目的〕 本発明は、これらの欠点を解消するためなされ
たものであり、その目的は、高エネルギー線に対
して、高感度、高解像性を有し、しかもドライエ
ツチングに対し高耐性な高エネルギー線感応材料
及びその使用方法を提供することにある。 〔発明の構成〕 すなわち、本発明を概説すれば、本発明の第1
の発明はパターン形成用材料の発明であつて、下
記一般式: (式中R、R′及びR″は、同一又は異なり、水素、
アルキル基及びフエニル基よりなる群から選択し
た1種の基を示し、l、m及びnは、0又は正の
整数を示し、lとmが同時に0になることはな
く、かつフエニル核を75モル%以上含有し、クロ
ロメチル化率が17%以上である)で表わされるシ
ロキサンポリマーを含むことを特徴とする。 また、本発明の第2の発明は、パターン形成方
法の発明であつて、基材上に高エネルギー線感応
材料の膜を形成し、熱処理し、その後高エネルギ
ー線を照射して形成膜の一部分を選択的に露光
し、次いで該露光部分の膜を現像液により選択的
に除去してパターンを形成する方法において、該
高エネルギー線感応材料として、前記一般式で
表わされるシロキサンポリマーを含む材料を使用
することを特徴とする。 そして、本発明の第3の発明は、他のパターン
形成方法の発明であつて、基材上に有機高分子材
層を設け、その上に高エネルギー線感応材料層を
設け、その後高エネルギー線を所望のパターン状
に照射し、照射部位のみ該高エネルギー線感応材
料を架橋させ、次いで有機現像溶媒に浸漬し、非
照射部の高エネルギー線感応材料を除去したの
ち、これをマスクとして酸素を用いるドライエツ
チングにより該高エネルギー線感応材料に覆われ
ていない部分の該有機高分子材層をエツチング除
去することによりパターンを形成する方法におい
て、該高エネルギー線感応材料として、前記一般
式で表わされるシロキサンポリマーを含む材料
を使用することを特徴とする。 本発明における一般式中のアルキル基として
は、メチル基、エチル基、プロピル基などが挙げ
られる。更に、アルキル基及び水素の含量は少な
い方がよく、好ましくは25モル%未満であること
が望ましい。一方、クロロメチル化されたフエニ
ル基は多い方がよく、好ましくは20モル%以上あ
ることが望ましい。 本発明における最も重要な点は、ポリフエニル
メチルシロキサン、ポリジフエニルシロキサンな
どフエニル基を含有するシリコーンポリマーにク
ロロメチル基を導入することにより、高感度、高
解像性の高エネルギー線感応材料となることを見
出した点にある。更に、フエニル基含有シリコー
ンポリマーは、酸素ガスばかりでなく、CCl4
CF2Cl2、など反応性イオンエツチングに用いら
れるエツチヤントガスに対しても高い耐性を示し
た。しかもフエニル核(すなわち、未置換フエニ
ル基及びクロロメチル置換フエニル基の総計)を
75モル%以上含有しているポリマーは室温で固体
となり、しかも、トルエン、キシレン、メチルエ
チルケトン、メチルイソブチルケトン、モノクロ
ロベンゼンなどの有機溶媒によく溶解し、これを
スピンコートなどにより基板に塗布すれば優れた
被膜が形成できる。この性質はクロロメチル化し
ても変化なく、したがつて従来のシリコーン系レ
ジストが液体あるいはゴム状であつたのに対し、
格段に扱いやすいものにすることができた。 本発明の一般式で示される高分子化合物の製
造法としては、ヘキサフエニルシクロトリシロキ
サン、オクタフエニルシクロテトラシロキサンな
ど環状フエニルシロキサンを水酸化カリウムなど
のアルカリ金属の水酸化物やブチルリチウムなど
のアルカリ金属のアルキル化物で開環重合させ得
られたポリジフエニルシロキサンをクロロメチル
化する方法が挙げられる。また、環状フエニルシ
ロキサン単独ではなく、テトラメチルテトラフエ
ニルシクロテトラシロキサンやオクタメチルシク
ロテトラシロキサンなどと共重合させてもよい。
また、特に高解像度のパターンを形成したい場合
には、分子量のそろつた単分散ポリマーが必要と
なるが、シクロシロキサンはブチルリチウム等の
触媒でアニオンリビング重合をさせ、得られたポ
リマーをクロロメチル化することにより所望の単
分散ポリマーを得ることができる。 以下に本発明における高エネルギー線感応材料
を製造例を示す。 製造例 1 オクタフエニルシクロテトラシロキサン50gと
テトラヒドロフラン100ml、水酸化カリウム250mg
をガラス管に入れ、脱気封管し、重合温度70℃で
24時間反応させた。内容物を水−メタノール
(1:4)溶液に注ぎこみ白色の重合体を得た。
重合体は数回メタノール−キシレン系で再沈殿す
ることにより精製した。得られたポリジフエニル
シロキサンは重量平均分子量=1.3×103、分
散度/=2.6、ガラス転移温度150℃であ
つた。 製造例 2 ヘキサフエニルシクロトリシロキサン10gを
3.7mlの濃硫酸と10mlのジエチルエーテルに加え、
室温で24時間かくはんする。ついでこれに20mlの
ジエチルエーテルと10mlの水を加え、更に1時間
かくはんする。下層の水を分離し、無水炭酸カリ
ウムで乾燥したのち、300℃で3時間加熱還流す
る。その後エーテルを蒸発させ、白色固体を得
た。これをメチルエチルケトン−メタノールで再
沈精製し、重量平均分子量1.9×104分散度
Mw/=2.1のポリジフエニルシロキサンを得
た。 製造例 3 ヘキサフエニルシクロトリシロキサン10gをト
ルエン100mlに溶解させ、十分脱気脱水後ブチル
リチウムの10%トルエン溶液を5ml滴下して−60
℃で10時間リビング重合させた。反応液をメタノ
ール中に注ぎこみ白色固体のポリマーを得た。こ
れをメチルエチルケトン−メタノールで再沈を繰
返し、精製したのち、真空乾燥した。ゲルパーミ
エーシヨンクロマトグラフイーから計算した重量
平均分子量は=8.9×103、分散度/=
1.1であつた。 製造例 4 製造例1で得たポリジフエニルシロキサン20g
をクロロメチルメチルエーテル500mlに溶かし塩
化第二スズ20mlを触媒として、−5℃で10時間反
応させた。反応液をメタノール中に注ぎこみ白色
固体のポリマーを得た。このポリマーの赤外線吸
収スペクトルでは、800cm-1にジ置換フエニルに
帰属される吸収が、また2200cm-1にクロロメチル
基のメチレン基に帰属される吸収がみられ、クロ
ロメチル化されたことが確認できた。元素分析か
らこのポリマーのクロロメチル化率は20%またゲ
ルパーミエーシヨンクロマトグラフイーから計算
した重量平均分子量=1.2×104、分散度
Mw/=1.8であつた。 製造例 5、6 製造例2で得たポリジフエニルシロキサン(製
造5)、製造例3で得たポリジフエニルシロキサ
ン(製造例6)を製造例4と全く同じ反応条件、
操作でクロロメチル化した。このクロロメチル化
ポリジフエニルシロキサンのクロロメチル化率は
製造例5では17%、また、分子量=3.1×104
分散度/=2.5であつた。また、製造例6
では=2.2×104、分散度/=1.3であ
つた。 製造例 7 製造例4において塩化第二スズの添加量を変化
することによりクロロメチル化率の異なるクロロ
メチル化ポリジフエニルシロキサンを得た。表1
に塩化第二スズの添加量、クロロメチル化率、重
量平均分子量、分散度を示す。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a high-energy ray-sensitive material that reproduces negative patterns with high precision and has high dry etching resistance, and a method for using the same. [Prior Art] Conventionally, in the manufacture of ICs and LSIs, a substrate to be processed is coated with an organic composition such as a polymer compound called a resist, and a latent image is formed on the resist by irradiating it with high-energy radiation in a pattern. After developing this to form a patterned resist film, the substrate to be processed is immersed in a corrosive liquid to chemically etch the parts of the substrate not covered by the resist or dope with impurities. came. However, as integrated circuits have become more highly integrated in recent years, it has been desired to form even finer patterns.
In particular, the wet method of etching by immersion in a corrosive solution causes side etching, so to avoid this, dry etching methods such as reactive ion etching using gas plasma have become popular. However, since conventional resists are etched by dry etching in the same manner as the substrate to be processed, this problem has been dealt with by increasing the thickness of the resist film. Therefore, a resist material with high dry etching resistance is desired, but a material with sufficient resistance has not yet been found. On the other hand, in order to increase the amount of wiring and realize elements with a three-dimensional array structure, it is desired to form a resist pattern on a substrate with steps. Therefore, it is necessary to make the resist film thicker in order to cover the difference in level. Furthermore, in order to capture high-speed ions without them reaching the substrate, the resist film must be thick. However, with conventional resists,
As the film thickness increases, the resolution decreases, making it impossible to form fine patterns. In order to solve this problem, a method has been proposed in which a resist pattern with a high shape ratio is formed by using multiple layers of resist instead of one layer.
That is, a thick film of an organic polymer material is formed as the first layer, a thin resist material layer is formed as the second layer on top of the thick film, and then the resist material of the second layer is irradiated with high energy rays and developed. Thereafter, by dry etching the organic polymer material of the first layer using the obtained pattern as a mask, a pattern with a high shape ratio can be obtained. However, with this method, when a normal resist is used for the second layer, it may not be possible to obtain a large dry etching rate ratio, that is, the selectivity, between the materials of the first layer and the second layer, or it may take a long time to increase the dry etching rate. Etching time was required. For example, according to Akiya et al. (Proceedings of the 43rd Japan Society of Applied Physics Conference, p. 213), the first layer contains polymethyl methacrylate (hereinafter abbreviated as PMMA).
It has been reported that if dry etching is performed using carbon tetrachloride etching gas in a system using chloromethylated polystyrene as the second layer, the selectivity becomes extremely high and a resist pattern with a high shape ratio can be formed. ing. But in this case,
Since the etching speed of PMMA is also reduced, it takes time to etch thick PMMA, and there is also the disadvantage that the underlying substrate is etched at the same time with carbon tetrachloride. As a multilayer resist system using oxygen plasma, a three-layer resist has been proposed in which an inorganic layer having high oxygen plasma resistance is provided between a first thick film polymer material layer and a second resist layer. In this case, the inorganic layer is dry-etched using a gas such as carbon tetrachloride, carbon tetrafluoride, or argon using a pattern formed with a resist material as a mask.
Next, using the inorganic material pattern as a mask, the organic polymer material layer is dry etched with oxygen. In this case, the oxygen plasma can quickly etch the first layer of thick polymer material.
Since the substrate is not etched at all, a resist pattern having a desired profile can be formed without monitoring the end point of etching. However, it has the disadvantage that the number of steps increases significantly. On the other hand, when a silicone resist with high resistance to dry etching by oxygen plasma is used for the second layer, the oxygen plasma is applied when dry etching the organic polymer material of the first layer using the resist pattern of the second layer as a mask. Because it can be used, resist patterns with high shape ratios can be formed in a short time and with a small number of steps. However, currently known silicone resists have glass transition temperatures considerably lower than room temperature, and polymers with low molecular weights are liquid or semi-liquid, making them extremely difficult to handle and having poor sensitivity to high-energy radiation. On the other hand, when the molecular weight is increased, it becomes rubber-like and becomes slightly easier to handle, and the sensitivity also increases, but it has drawbacks such as swelling in the developing solvent, resulting in a decrease in resolution such as pattern waviness. Furthermore, in order to increase the sensitivity of the crosslinking reaction, a functional group with high chain reactivity, such as a vinyl group, is introduced into the side chain, which also causes a decrease in resolution. [Object of the Invention] The present invention has been made to eliminate these drawbacks, and its purpose is to have high sensitivity and high resolution to high-energy radiation, and to be highly resistant to dry etching. An object of the present invention is to provide a durable high energy radiation sensitive material and a method for using the same. [Structure of the Invention] That is, if the present invention is summarized, the first aspect of the present invention is as follows.
The invention is an invention of a pattern forming material, which has the following general formula: (In the formula, R, R' and R'' are the same or different, hydrogen,
Represents one type of group selected from the group consisting of an alkyl group and a phenyl group, l, m and n represent 0 or a positive integer, l and m are never 0 at the same time, and the phenyl nucleus is 75 The siloxane polymer is characterized by containing a siloxane polymer having a chloromethylation rate of 17% or more and a chloromethylation rate of 17% or more. Further, the second invention of the present invention is an invention of a pattern forming method, in which a film of a high-energy ray-sensitive material is formed on a base material, heat-treated, and then a part of the formed film is irradiated with high-energy rays. In the method of forming a pattern by selectively exposing the film to light and then selectively removing the exposed portion of the film with a developer, the high-energy ray-sensitive material is a material containing a siloxane polymer represented by the above general formula. Characterized by its use. The third invention of the present invention is an invention of another pattern forming method, in which an organic polymer material layer is provided on a base material, a high energy ray sensitive material layer is provided thereon, and then a high energy ray sensitive material layer is provided on the organic polymer material layer. is irradiated in a desired pattern to crosslink the high-energy ray-sensitive material only in the irradiated areas, then immersed in an organic developing solvent to remove the high-energy ray-sensitive material in non-irradiated areas, and then using this as a mask to remove oxygen. In a method of forming a pattern by etching and removing portions of the organic polymer layer not covered with the high-energy ray-sensitive material by dry etching, the high-energy ray-sensitive material is represented by the general formula It is characterized by the use of a material containing a siloxane polymer. Examples of the alkyl group in the general formula in the present invention include a methyl group, an ethyl group, and a propyl group. Furthermore, the content of alkyl groups and hydrogen should be small, preferably less than 25 mol%. On the other hand, the more chloromethylated phenyl groups the better, and preferably 20 mol% or more. The most important point in the present invention is that by introducing chloromethyl groups into silicone polymers containing phenyl groups such as polyphenylmethylsiloxane and polydiphenylsiloxane, it is possible to create high-energy ray-sensitive materials with high sensitivity and high resolution. The point lies in the fact that we have discovered that something will happen. Furthermore, phenyl group-containing silicone polymers can be used not only for oxygen gas but also for CCl 4 ,
It also showed high resistance to etchant gases used in reactive ion etching, such as CF 2 Cl 2 . Moreover, the phenyl nucleus (i.e., the total of unsubstituted phenyl groups and chloromethyl-substituted phenyl groups)
Polymers containing 75 mol% or more become solid at room temperature and dissolve well in organic solvents such as toluene, xylene, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and monochlorobenzene. A thin film can be formed. This property does not change even when chloromethylated, and therefore, whereas conventional silicone resists are liquid or rubber-like,
We were able to make it much easier to handle. As a method for producing a polymer compound represented by the general formula of the present invention, a cyclic phenylsiloxane such as hexaphenylcyclotrisiloxane or octaphenylcyclotetrasiloxane is mixed with an alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide or butyl lithium. Examples include a method of chloromethylating polydiphenylsiloxane obtained by ring-opening polymerization with an alkylated alkali metal such as. Further, instead of using cyclic phenylsiloxane alone, it may be copolymerized with tetramethyltetraphenylcyclotetrasiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, or the like.
In addition, if you want to form a particularly high-resolution pattern, a monodisperse polymer with a uniform molecular weight is required, but cyclosiloxane is anionically living polymerized using a catalyst such as butyllithium, and the resulting polymer is chloromethylated. By doing so, a desired monodisperse polymer can be obtained. Examples of manufacturing the high-energy ray-sensitive material of the present invention are shown below. Production example 1 50g of octaphenylcyclotetrasiloxane, 100ml of tetrahydrofuran, 250mg of potassium hydroxide
was placed in a glass tube, degassed and sealed, and polymerized at a polymerization temperature of 70℃.
The reaction was allowed to proceed for 24 hours. The contents were poured into a water-methanol (1:4) solution to obtain a white polymer.
The polymer was purified by reprecipitation several times with a methanol-xylene system. The obtained polydiphenylsiloxane had a weight average molecular weight of 1.3×10 3 , a degree of dispersion of 2.6, and a glass transition temperature of 150°C. Production example 2 10g of hexaphenylcyclotrisiloxane
In addition to 3.7 ml of concentrated sulfuric acid and 10 ml of diethyl ether,
Stir at room temperature for 24 hours. Next, add 20 ml of diethyl ether and 10 ml of water, and stir for another hour. The water in the lower layer is separated, dried over anhydrous potassium carbonate, and heated under reflux at 300°C for 3 hours. The ether was then evaporated to give a white solid. This was purified by reprecipitation with methyl ethyl ketone-methanol, and the weight average molecular weight was 1.9 × 10 4 dispersity.
A polydiphenylsiloxane with Mw/=2.1 was obtained. Production Example 3 10g of hexaphenylcyclotrisiloxane was dissolved in 100ml of toluene, and after thorough deaeration and dehydration, 5ml of a 10% toluene solution of butyllithium was added dropwise to -60
Living polymerization was carried out at ℃ for 10 hours. The reaction solution was poured into methanol to obtain a white solid polymer. This was purified by repeated reprecipitation with methyl ethyl ketone-methanol, and then vacuum-dried. The weight average molecular weight calculated from gel permeation chromatography is =8.9×10 3 , dispersity/=
It was 1.1. Production Example 4 20g of polydiphenylsiloxane obtained in Production Example 1
was dissolved in 500 ml of chloromethyl methyl ether and reacted at -5°C for 10 hours using 20 ml of stannic chloride as a catalyst. The reaction solution was poured into methanol to obtain a white solid polymer. In the infrared absorption spectrum of this polymer, there was an absorption attributable to di-substituted phenyl at 800 cm -1 and an absorption attributable to the methylene group of the chloromethyl group at 2200 cm -1 , confirming that it was chloromethylated. did it. From elemental analysis, the chloromethylation rate of this polymer was 20%, and the weight average molecular weight calculated from gel permeation chromatography was 1.2 x 10 4 , and the degree of dispersion was 20%.
Mw/=1.8. Production Examples 5 and 6 The polydiphenylsiloxane obtained in Production Example 2 (Production 5) and the polydiphenylsiloxane obtained in Production Example 3 (Production Example 6) were subjected to exactly the same reaction conditions as Production Example 4,
It was chloromethylated by operation. The chloromethylation rate of this chloromethylated polydiphenylsiloxane was 17% in Production Example 5, and the molecular weight was 3.1×10 4 .
The degree of dispersion was 2.5. In addition, production example 6
Then, =2.2×10 4 and dispersion degree/=1.3. Production Example 7 In Production Example 4, by changing the amount of stannic chloride added, chloromethylated polydiphenylsiloxanes having different chloromethylation rates were obtained. Table 1
shows the amount of stannic chloride added, chloromethylation rate, weight average molecular weight, and degree of dispersion.

【表】 製造例 8 製造例1において反応温度をかえることによ
り、分子量の異なるポリジフエニルシロキサンを
得、、続いて製造例4と同様の方法によりクロロ
メチル化率が等しく、分子量の異なるクロロメチ
ル化ポリジフエニルシロキサンを得た。表2に反
応温度、ポリジフエニルシロキサン分子量、クロ
ロメチル化率、クロロメチル化ポリジフエニルシ
ロキサンの分子量、分散度を示した。
[Table] Production Example 8 Polydiphenylsiloxanes with different molecular weights were obtained by changing the reaction temperature in Production Example 1, and then chloromethyl siloxanes with the same chloromethylation rate and different molecular weights were obtained by the same method as Production Example 4. Polydiphenylsiloxane was obtained. Table 2 shows the reaction temperature, polydiphenylsiloxane molecular weight, chloromethylation rate, chloromethylated polydiphenylsiloxane molecular weight, and degree of dispersion.

【表】 製造例 9 製造例1においてオクタフエニルシクロテトラ
シロキサンの代りにテトラフエニルテトラメチル
シクロテトラシロキサンとオクタフエニルシクロ
テトラシロキサンの混合物を混合比を加えてポリ
マーを合成し、製造例4の方法でクロロメチル化
を行つた。表3にフエニル基含有量とガラス転移
温度、分子量を示す。
[Table] Production Example 9 In Production Example 1, a mixture of tetraphenyltetramethylcyclotetrasiloxane and octaphenylcyclotetrasiloxane was added in place of octaphenylcyclotetrasiloxane at a different mixing ratio to synthesize a polymer. Chloromethylation was carried out using the method described below. Table 3 shows the phenyl group content, glass transition temperature, and molecular weight.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。 実施例 1 製造例4で得たクロロメチル化ポリジフエニル
シロキサンをメチルイソブチルケトンに溶解し、
シリコンウエハに約0.5μmの厚さに塗布し100℃
で20分間窒素気流中プリベークした。プリベーク
後、加速電圧20KVの電子線照射を行つた。照射
後ウエハをメチルエチルケトン:イソプロピルア
ルコール=4:1の混合溶媒で現像し、イソプロ
ピルアルコールでリンスした。現像後の残膜率と
照射量の関係を第1図に示す。すなわち第1図は
形成されたレジストパターンにおける感電子線特
性を電子線照射量(C/cm2)(横軸)と規格化残膜率
(縦軸)との関係で示したグラフである。このグ
ラフから明らかなように初期膜厚の50%が残る電
子線照射量は2.0×10-5C/cm2であり実用上十分に
利用可能な感度である。また第1図示すような感
度曲線における傾きで表わされる解像性の目安と
なるγ値は2.5であり高い値を示す。実際電子線
照射後上記と同一組成の現像リンスを行つたとこ
ろ0.5μmライン/スペースはいわゆるヒゲやブリ
ツジがなくパターンは相互に分離しており十分に
解像できた。 実施例 2 シリコンウエハにAZ−1350レジスト(シプレ
イ社製)を2μmの厚さに塗布し、200℃で30分間
加熱し不溶化させた。このAZレジストの上に製
造例4で得たクロロメチル化ポリジフエニルシロ
キサンを実施例1と同様な操作で約0.3μmの厚さ
に塗布し、100℃で20分間窒素気流中プリベーク
した。プリベーク後、加速電圧20KVの電子線照
射を行つた。照射後メチルエチルケトン:イソプ
ロピルアルコール=4:1の混合溶媒で現像し、
イソプロピルアルコールでリンスした。その結果
AZレジスト上に0.3μmライン/スペースのパタ
ーンが形成できた。その後平行平板型スパツタエ
ツチング装置で酸素ガスをエツチヤントガスとし
てエツチングを行つた。(印加パワー50W、エツ
チング室内圧80ミリトル酸素ガス)このエツチン
グ条件ではクロロメチル化ポリジフエニルシロキ
サンのエツチング速度はO、またAZレジストの
エツチング速度は800Å/分であり、28分間エツ
チングすることによりクロロメチル化ポリジフエ
ニルシロキサンのパターンに覆われていない部分
のAZレジストは完全に消失した。エツチング後
0.3μmライン/スペースのパターンが2.3μmの膜
厚で形成できた。 実施例 3〜5 実施例1の方法において電子線照射の代りにX
線(実施例3)遠紫外線(実施例4)、イオンビ
ーム(実施例5)を用いて照射した。この時、初
期膜厚の50%が残る各高エネルギー線照射量を表
4に示す。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. Example 1 The chloromethylated polydiphenylsiloxane obtained in Production Example 4 was dissolved in methyl isobutyl ketone,
Coat to a thickness of approximately 0.5μm on a silicon wafer and heat at 100℃.
Prebaked in a nitrogen stream for 20 minutes. After prebaking, electron beam irradiation was performed at an accelerating voltage of 20 KV. After irradiation, the wafer was developed with a mixed solvent of methyl ethyl ketone:isopropyl alcohol=4:1, and rinsed with isopropyl alcohol. FIG. 1 shows the relationship between the residual film rate after development and the irradiation amount. That is, FIG. 1 is a graph showing the electron beam sensitive characteristics of the formed resist pattern in terms of the relationship between the electron beam irradiation amount (C/cm 2 ) (horizontal axis) and the normalized residual film ratio (vertical axis). As is clear from this graph, the electron beam irradiation dose that leaves 50% of the initial film thickness is 2.0×10 -5 C/cm 2 , which is a sensitivity that can be used sufficiently for practical purposes. Further, the γ value, which is a measure of resolution and is expressed by the slope of the sensitivity curve as shown in FIG. 1, is 2.5, which is a high value. In fact, after irradiation with an electron beam, a development rinse with the same composition as above was performed, and the 0.5 μm lines/spaces had no so-called whiskers or bridges, and the patterns were separated from each other, resulting in sufficient resolution. Example 2 AZ-1350 resist (manufactured by Shipley) was coated on a silicon wafer to a thickness of 2 μm, and insolubilized by heating at 200° C. for 30 minutes. The chloromethylated polydiphenylsiloxane obtained in Production Example 4 was applied onto this AZ resist to a thickness of about 0.3 μm in the same manner as in Example 1, and prebaked at 100° C. for 20 minutes in a nitrogen stream. After prebaking, electron beam irradiation was performed at an accelerating voltage of 20 KV. After irradiation, it was developed with a mixed solvent of methyl ethyl ketone: isopropyl alcohol = 4:1,
Rinse with isopropyl alcohol. the result
A 0.3 μm line/space pattern was formed on the AZ resist. Thereafter, etching was performed using a parallel plate type sputter etching apparatus using oxygen gas as an etchant gas. (Applied power 50 W, etching chamber pressure 80 mTorr oxygen gas) Under these etching conditions, the etching rate of chloromethylated polydiphenylsiloxane is O, and the etching rate of AZ resist is 800 Å/min. The AZ resist in areas not covered by the methylated polydiphenylsiloxane pattern completely disappeared. After etching
A 0.3 μm line/space pattern could be formed with a film thickness of 2.3 μm. Examples 3 to 5 In the method of Example 1, instead of electron beam irradiation, X
Radiation (Example 3), deep ultraviolet rays (Example 4), and ion beams (Example 5) were used. Table 4 shows the high energy ray irradiation doses at which 50% of the initial film thickness remained.

【表】 実施例 6〜9 製造例7で得たクロロメチル化ポリジフエニル
シロキサンを実施例1の方法で電子線照射したと
き、初期膜厚の50%が残る電子線照射量(感度)
及びγ値を表5に示す。
[Table] Examples 6 to 9 When the chloromethylated polydiphenylsiloxane obtained in Production Example 7 is irradiated with an electron beam by the method of Example 1, the amount of electron beam irradiation (sensitivity) that leaves 50% of the initial film thickness
and γ values are shown in Table 5.

【表】 実施例 10 製造例8で得たクロロメチル化ポリジフエニル
シロキサンを実施例1の方法で電子線照射したと
き、初期膜厚の50%が残る電子線照射量(感度)
及びγ値を表6に示す。
[Table] Example 10 When the chloromethylated polydiphenylsiloxane obtained in Production Example 8 is irradiated with an electron beam by the method of Example 1, the amount of electron beam irradiation (sensitivity) that leaves 50% of the initial film thickness
and γ values are shown in Table 6.

【表】 実施例 11〜14 実施例1の方法で形成したパターンをCF4(実
施例11)、CCl4(実施例12)、CCl2F2(実施例13)、
Ar(実施例14)を用いた反応性イオンエツチング
をした際のエツチング速度を表7に示す。
[Table] Examples 11 to 14 The patterns formed by the method of Example 1 were applied to CF 4 (Example 11), CCl 4 (Example 12), CCl 2 F 2 (Example 13),
Table 7 shows the etching rate when reactive ion etching was performed using Ar (Example 14).

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明で得られたシリコ
ーン樹脂は、従来のシリコーン樹脂に比べ高いガ
ラス転移温度を有し、更に高エネルギー線感応基
として高い反応性と高解像性を阻害する連鎖反応
性の少ないフエニル基に結合したクロロメチル基
を有するため、高エネルギー線に対して高い反応
性と高い解像性を有している。また、環状シロキ
サンモノマーはリビング重合ができるため、非常
に分子量分布の小さいすなわち解像性の高いレジ
スト材料が得られる。また、樹脂はいずれも白色
粉末で溶剤性、スピンコートによる塗布性にも優
れ、従来の液状に近いシリコーン樹脂より扱いや
すい。 しかも従来のシリコーン樹脂に比べフツ素含有
ガスを用いたドライエツチング耐性が極めて高
く、従来あるスチレン系などのレジストと比べて
も耐性が高い。したがつて、単一のレジストとし
ても良好な感度、解像性、耐ドライエツチング性
を有する。また、下層に厚い有機物膜を有する2
層レジストの上層として使用すれば、著しく高い
形状比を有するサブミクロンパターンを形成でき
る。 以上のことは半導体素子等の製造に大きな効果
がみられる。 更に、従来のネガ形では、近接効果、現像時の
膨潤によりパターン間にいわゆるヒゲやブリツジ
ができやすく、特にパターンが微細化した際この
影響が大きかつた。しかし、本発明のレジストで
はこのような近接効果や膨潤がなく、解像性を高
める上での効果が大きい。この効果はレジストを
2層構造にした時に更に大きく、3層以上の多層
レジスト法に比べ工程数と時間を大幅に短縮で
き、また、2層レジストの場合でも、従来のもの
は上層レジストの解像性やドライエツチング耐性
が低いため高解像の厚膜パターンを形成できなか
つたが、本発明のレジストを用いることにより解
像性及び形状比を飛躍的に向上させることができ
る。したがつて、段差越えのパターン形成や、高
加速イオン打込みなどの際にも十分使用しうる膜
厚を有し、しかも高解像性を合わせ持つレジスト
パターンを経済的に短時間で形成できる点で他に
比類がないという顕著な効果が奏せられる。
As explained above, the silicone resin obtained by the present invention has a higher glass transition temperature than conventional silicone resins, and also has a chain reaction that inhibits high reactivity and high resolution as a high-energy ray-sensitive group. Because it has a chloromethyl group bonded to a less reactive phenyl group, it has high reactivity and high resolution with respect to high-energy rays. Further, since the cyclic siloxane monomer can be subjected to living polymerization, a resist material having a very small molecular weight distribution, that is, a high resolution can be obtained. In addition, both resins are white powders and have excellent solvent and spin coating properties, making them easier to handle than conventional silicone resins that are almost liquid. Moreover, it has extremely high resistance to dry etching using fluorine-containing gas compared to conventional silicone resins, and also has high resistance compared to conventional styrene-based resists. Therefore, even as a single resist, it has good sensitivity, resolution, and dry etching resistance. In addition, 2 with a thick organic film in the lower layer
When used as the top layer of a layered resist, submicron patterns with significantly high feature ratios can be formed. The above has a great effect on the production of semiconductor devices and the like. Furthermore, in conventional negative-type films, so-called whiskers or bridges are likely to occur between patterns due to the proximity effect and swelling during development, and this effect is particularly significant when the patterns become finer. However, the resist of the present invention has no such proximity effect or swelling, and is highly effective in improving resolution. This effect is even greater when the resist has a two-layer structure, and the number of steps and time can be significantly reduced compared to the multilayer resist method with three or more layers.Also, even in the case of a two-layer resist, the conventional method Although it has been impossible to form a high-resolution thick film pattern due to low imageability and dry etching resistance, by using the resist of the present invention, resolution and shape ratio can be dramatically improved. Therefore, it is possible to form resist patterns economically and in a short time that have sufficient film thickness to be used for pattern formation over steps and high-acceleration ion implantation, and also have high resolution. It produces remarkable effects that are unparalleled anywhere else.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明方法によつて形成されたレジ
ストパターンにおける感電子線特性を電子線照射
量と規格化残膜率との関係で示したグラフであ
る。
FIG. 1 is a graph showing the electron beam sensitive characteristics of a resist pattern formed by the method of the present invention in terms of the relationship between the electron beam irradiation amount and the normalized residual film rate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 下記一般式: (式中R、R′及びR″は、同一又は異なり、水素、
アルキル基及びフエニル基よりなる群から選択し
た1種の基を示し、l、m及びnは、0又は正の
整数を示し、lとmが同時に0になることはな
く、かつフエニル核を75モル%以上含有し、クロ
ロメチル化率が17%以上である)で表わされるシ
ロキサンポリマーを含むことを特徴とするパター
ン形成用材料。 2 基材上に高エネルギー線感応材料の膜を形成
し、熱処理し、その後高エネルギー線を照射して
形成膜の一部分を選択的に露光し、次いで未露光
部分の膜を現像液により選択的に除去してパター
ンを形成する方法において、該高エネルギー線感
応材料として、下記一般式: (式中R、R′及びR″は、同一又は異なり、水素、
アルキル基及びフエニル基よりなる群から選択し
た1種の基を示し、l、m及びnは、0又は正の
整数を示し、lとmが同時に0になることはな
く、かつフエニル核を75モル%以上含有し、クロ
ロメチル化率が17%以上である)で表わされるシ
ロキサンポリマーを含む材料を使用することを特
徴とするパターン形成方法。 3 基材上に有機高分子材層を設け、その上に高
エネルギー線感応材料層を設け、その後高エネル
ギー線を所望のパターン状に照射し、照射部位の
み該高エネルギー線感応材料を架橋させ、次いで
有機現像溶媒に浸漬し、非照射部の高エネルギー
線感応材料を除去したのち、これをマスクとして
酸素を用いるドライエツチングにより該高エネル
ギー線感応材料に覆われていない部分の該有機高
分子材層をエツチング除去することによりパター
ンを形成する方法において、該高エネルギー線感
応材料として、下記一般式: (式中R、R′及びR″は、同一又は異なり、水素、
アルキル基及びフエニル基よりなる群から選択し
た1種の基を示し、l、m及びnは、0又は正の
整数を示し、lとmが同時に0になることはな
く、かつフエニル核を75モル%以上含有し、クロ
ロメチル化率が17%以上である)で表わされるシ
ロキサンポリマーを含む材料を使用することを特
徴とするパターン形成方法。
[Claims] 1. The following general formula: (In the formula, R, R' and R'' are the same or different, hydrogen,
Represents one type of group selected from the group consisting of an alkyl group and a phenyl group, l, m and n represent 0 or a positive integer, l and m are never 0 at the same time, and the phenyl nucleus is 75 A pattern-forming material characterized by containing a siloxane polymer having a chloromethylation rate of 17% or more and a chloromethylation rate of 17% or more. 2 A film of a high-energy ray-sensitive material is formed on a substrate, heat-treated, and then a part of the formed film is selectively exposed by irradiation with high-energy rays, and then the unexposed parts of the film are selectively exposed with a developer. In the method of forming a pattern by removing the material, the high-energy ray-sensitive material has the following general formula: (In the formula, R, R' and R'' are the same or different, hydrogen,
Represents one type of group selected from the group consisting of an alkyl group and a phenyl group, l, m and n represent 0 or a positive integer, l and m are never 0 at the same time, and the phenyl nucleus is 75 A pattern forming method characterized by using a material containing a siloxane polymer having a chloromethylation rate of 17% or more and a chloromethylation rate of 17% or more. 3 An organic polymer material layer is provided on a base material, a high energy ray sensitive material layer is provided on top of the layer, and then high energy rays are irradiated in a desired pattern to crosslink the high energy ray sensitive material only in the irradiated areas. Then, the high energy ray sensitive material in the non-irradiated area is removed by immersion in an organic developing solvent, and then the organic polymer in the area not covered by the high energy ray sensitive material is removed by dry etching using oxygen using this as a mask. In a method of forming a pattern by etching and removing a material layer, the high energy ray-sensitive material may be of the following general formula: (In the formula, R, R' and R'' are the same or different, hydrogen,
Represents one type of group selected from the group consisting of an alkyl group and a phenyl group, l, m and n represent 0 or a positive integer, l and m are never 0 at the same time, and the phenyl nucleus is 75 A pattern forming method characterized by using a material containing a siloxane polymer having a chloromethylation rate of 17% or more and a chloromethylation rate of 17% or more.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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