JP2712413B2 - レジストおよび微細パターンの形成方法 - Google Patents

レジストおよび微細パターンの形成方法

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利彦 田中
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    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は共役系高分子を与える可溶性高分子前駆体を
含むレジストおよび微細パターンの形成方法に関する。
<従来の技術> ポリアセチレンに代表される共役系高分子はメモリ素
子、センサ、太陽電池、蓄電池、光素子、非線形光学素
子などのデバイスへの応用が期待されているが、これら
の電子デバイスへの応用を考えるとき、共役系高分子の
所望のパターンを形成することは、これらを用いる回路
を形成する上で大変有利な技術となる。例えば特開昭63
−81424号公報においてはポリパラフェニレンビニレン
の前駆体である高分子スルホニウム塩を含む溶液を基板
上に塗布しそれに光をパターン状に照射した後、溶剤で
未露光部の薄膜を除去することによりネガ型のパターン
が形成されることが知られている。この前駆体パターン
は熱処理により共役系、すなわちポリパラフェニレンビ
ニレンにすることができる。
<発明が解決しようとする課題> 一般に平坦な基板上に微細なパターンを形成するフォ
トリソグラフィの分野においては高圧水銀灯のi線、h
線、g線などの輝線を光源とするアライナやステッパが
一般に普及しており装置コストも安く性能も安定してい
る。またキセノン灯、キセノン水銀灯、エキシマ−レー
ザ等による遠紫外光等の短波長光による露光ではレジス
ト材料に望ましくない副反応たとえば分解や架橋などを
引き起こしてしまうことも多い。そこで共役系高分子の
パターン化に関し、より長波長の光に感光して高圧水銀
灯による露光が可能なものが工業的に重要である。とこ
ろが本発明者らの検討によればポリパラフェニレンビニ
レンの前駆体である高分子スルホニウム塩を高圧水銀灯
で露光した場合、硬化が不十分で現像液に膨潤し充分に
微細なパターンが形成できなかった。また、前駆体であ
る高分子スルホニウム塩の種類、現像の溶剤の種類によ
っては高圧水銀灯による露光でポジ型のパターンができ
ることもあるが、これらのポジ型パターンは何れも解像
度が悪く充分に微細なパターンを形成することができな
かった。
本発明の目的は一般に使用されている高圧水銀灯のi
線、h線、g線等を光源とする露光装置により共役系高
分子の微細なパターンを形成できるネガ型レジストおよ
び該ネガ型レジストを用いた微細パターンの形成方法を
提供することにある。
<課題を解決するための手段> すなわち、本発明は、一般式(1) を、R2は水素もしくは炭素数1〜10の炭化水素基、R3
よびR4は水素もしくは炭素数1〜5のアルキル基または
アルコキシ基、R5は炭素数1〜5の炭化水素基、mは1
ないし2の整数を示す。)で表される繰り返し単位を有
する高分子の溶液からなることを特徴とするレジストを
提供するものである。
また、本発明は、一般式(1) を、R2は水素もしくは炭素数1〜10の炭化水素基、R3
よびR4は水素もしくは炭素数1〜5のアルキル基または
アルコキシ基、R5は炭素数1〜5の炭化水素基、mは1
ないし2の整数を示す。)で表される繰り返し単位を有
する高分子の溶液を塗布する工程と、塗布された高分子
に光または粒子線で露光する工程と、露光後に未露光部
を溶出除去する工程を含むことを特徴とする微細パター
ンの形成方法を提供するものである。
本発明は高圧水銀灯を光源とする露光装置により共役
系高分子のパターンを形成できるレジストについて鋭意
検討の結果、上記高分子、すなわち、共役系高分子の前
駆体の溶液を基板上に塗布し、これに高圧水銀灯を光源
とする露光装置で露光を行い、現像ついで熱処理するこ
とにより共役系高分子の良好なパターンが形成されるこ
とを見い出したものである。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明におけるレジスト中の一般式(1)の高分子は
露光後、熱処理により最終的に、一般式(2) −R1−CH=CH− (2) を、R3およびR4は水素もしくは炭素数1〜5のアルキル
基またはアルコキシ基、R5は炭素数1〜5の炭化水素
基、mは1ないし2の整数を示す。)で表される繰り返
し単位を主要な構成要素とする共役系高分子に変換され
る。
ここで一般式(1)の繰り返し単位を有する高分子前
駆体の重合度としては少なくとも5以上、好ましくは10
〜50000単位を有するものが用いられる。
前記一般式(1)及び(2)におけるR1で表されるチエニレン基または置換チエニレン基が高圧
水銀灯により効率的に露光できるので好ましい。R3、R4
は炭素数1〜5のアルキル基またはアルコキシ基が用い
られるが、あまり炭素数の大きいアルキルまたはアルコ
キシ基の場合、露光部が現像液に溶け易くなり、パター
ン形成が難しくなる。そのため、R3またはR4の一方が水
素とすると、もう一方のR3またはR4は炭素数1から3の
アルキル基またはアルコキシ基が好ましく、水素が特に
好ましい。また、R3、R4ともにアルキル基又はアルコキ
シ基の場合、R3およびR4は炭素数1〜2のアルキル基ま
たはアルコキシ基が好ましい。
一般式(1)におけるR1が式 で表わされるアルコキシ置換フェニレン基である場合、
R5は炭素数1〜5のアルキル基が用いられるが、形成さ
れるパターンの質の点で炭素数1〜3が好ましく、炭素
数1が特に好ましい。また、m、すなわち核置換基の数
は1または2であるが、形成された共役系高分子をドー
ピングして電気伝導性を発揮させる場合など、光電気用
途への応用の点ではmが2であることが好ましく、さら
に2つのアルコキシ基が点対称の位置に置換されている
もの(即ち2,5−ジアルコキシ置換フェニレン)が特に
好ましい。
一般式(1)におけるR2は水素または炭素数1〜10の
炭化水素基、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプ
ロピル、n−ブチル、2−エチルヘキシル、フェニル、
シクロヘキシル基等が挙げられるが、炭素数1〜6の炭
化水素基、特にメチル、エチル基が好ましい。
本発明において高分子前駆体は単一の組成であっても
よいし複数の混合物であってもよい。また、この高分子
前駆体は本発明の範囲に含まれる複数の種類の前駆体の
共重合体を使用することもできる。
本発明の高分子前駆体の合成方法に特に限定はない
が、高分子スルホニウム塩を経由する方法が好ましい。
例えばポリマ−コミュニケーションズ(Polymer Commun
ications)、28巻(1987)229〜231頁の記載等、公知の
方法で製造することができる。
次に、本発明のフォトレジストの調製法としては、こ
れらの高分子前駆体を通常溶媒に溶解させることにより
レジストが得られる。
用いられる溶剤としては一般式(1)の高分子前駆体
を溶解する溶媒であれば特に限定されないが、溶媒の種
類は用いる高分子前駆体のR1、R2の種類によって異なる
ので、これらを考慮して適宜選択して使用する。例え
ば、R1が、R3、R4が共に水素であるところのチエニレン
基で、R2がメチル基またはエチル基の場合、ジメチルス
ルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトア
ミド、ジオキサン、テトラヒドロフラン、クロロホルム
等の有機溶媒が用いられるが、塗布膜の均一性の点でク
ロロホルム、テトラヒドロフランが好ましく、クロロホ
ルムが特に好ましい。またこれらの溶媒は複数のものを
混合して用いても良い。前駆体溶液の濃度は用いる前駆
体の種類により若干異なるので適宜決めればよいが、一
般に0.5〜10重量%の範囲が好適に用いられる。また、
本発明を損なわない範囲で光増感剤、界面活性剤等を適
量添加することもできる。
本発明のレジストの塗布法としては一般のレジストの
塗布法が適用でき、特に限定されないが、例えばスピン
コーティング法などが好適に用いられる。
本発明のレジストは塗布後、乾燥し、必要なパターン
に露光する。露光は高圧水銀灯を用いた露光機で露光す
るのが一般的である。可視、紫外、遠紫外、またはX線
等の光、電子線等の粒子線が用いることも不可能ではな
く、例えばキセノン−水銀灯、キセノン灯、エキシマ−
レーザなどの光が使用できるが、露光装置のコストや信
頼性の点、さらには望ましくない種々の副反応がなく、
パターンの質の点で高圧水銀灯の光が特に好ましい。
また、現像は未露光部を溶出除去することにより行な
われる。現像液としては一般式(1)の高分子前駆体を
溶解する溶媒が用いられ、特にレジストの調製時に用い
た溶媒と同じものが一般に好適に用いられる。また、現
像時間、温度については前駆体の種類および膜厚によっ
て若干の相違が見えられるが、一般に現像液が液体の状
態を保持する温度範囲で未露光部が完全に溶解するまで
行えばよい。
次に現像された前駆体のレジストパターンを共役系高
分子に変換する方法について述べる。現像によって得ら
れたレジストパターンは一部分は共役系となっているが
大部分は前駆体の構造のままである。この前駆体を共役
系高分子に変換することによって共役系高分子の微細な
パターンを得ることができる。変換の方法としては、熱
処理、酸処理、光処理、粒子線処理などの方法が用いら
れるが、変換の効率の点で熱処理が好ましい。このと
き、熱処理温度としては好ましくは100〜400℃、より好
ましくは200〜300℃の範囲である。また、熱処理の雰囲
気としては不活性雰囲気、すなわち、窒素、アルゴン、
ヘリウム等の不活性ガス中または真空中で行うことが好
ましい。また、熱処理雰囲気にプロトン酸、例えばHC
l、HBrなどの蒸気を0.001〜20モル%含有させることに
より熱処理を速やかに行うこともできる。
以上の方法で形成された共役系高分子のパターンに電
子供与性あるいは電子受容性のドーパントをドープする
ことにより電気伝導性のパターンとすることもできる。
ドーピングの方法としては気相ドーピング、液相ドーピ
ング、電解ドーピング、イオンインプランテーションな
どポリアセチレンなどの共役系高分子のドーピングに使
用される公知の方法が適用できる。
<発明の効果> 以上のように、本発明のレジストはドーピングにより
電気伝導性を付与することができる共役系高分子の微細
パターンを半導体工業で最も一般的に使用されている高
圧水銀灯を光源とする露光装置を用いて効率よく製作す
ることができるので有機機能素子(メモリ、センサ、太
陽電池、蓄電池、光素子、非線形光学素子等)への応用
上極めて有用である。
<実施例> 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 ポリマ−コミュニケーションズ(Polymer Communicat
ions)、第28巻(1987)229〜231頁に記載の方法および
条件により、2、5−チエニレンビス(メチレンジメチ
ルスルホニウムブロミド)をアルカリで縮合重合して前
記式(1)においてR1がR3およびR4が水素であるところ
のチエニレン基であり、R2がメチル基である場合に相当
するポリ−2、5チエニレンビニレンの前駆体を合成し
た。この前駆体をクロロホルムに2重量%の濃度となる
ように溶解し、レジストを調製した。このレジストを酸
化膜付き(膜厚1000nm)シリコンウエハ上にスピンコー
ティングした(回転数:2000rpm、時間:20秒、膜厚:約1
50nm)。このウェハに500Wの高圧水銀灯を光源とするマ
スクアライナで紫外線をパターン増に露光したのちクロ
ロホルムにて現像したところ、未露光部の前駆体の薄膜
が溶出してパターンが形成された。このパターンを窒素
気流中250℃にて20分熱処理することによりポリチエニ
レンビニレンのパターンを得た。このパターンは最小の
ところで約2μmの線幅であった。また、このパターン
はヨウ素雰囲気に曝してドーピングすることにより約0.
1S/cmの電気伝導度を示した。
実施例 2 実施例1においてスルホニウム塩モノマーの縮合重合
ならびに、透析の溶媒として水/メタノールを用いる代
わりに水/エタノールを用いて前記式(1)においてR1
がR3およびR4が水素であるところのチエニレン基であ
り、R2がエチル基である場合に相当するポリ−2、5チ
エニレンビニレンの前駆体を合成した。それ以外は実施
例1同様に、塗布、露光、現像を行いパターンを形成し
た。実施例1と同様に最小線幅2μmのパターンが形成
され、ヨウ素のドーピングにより電気伝導度は0.1S/cm
を示した。
実施例 3 高分子学会予稿集、第37巻、3号(1988年)、680頁
に記載の方法により2、5−ジメトキシ−p−キシリレ
ンビス(ジメチルスルホニウムブロミド)をアルカリで
縮合重合し、メタノールと反応させ、前記一般式(1)
においてR1が、R5がメチル基であり、mが2であるとこ
ろの2,5−ジメトキシフェニレン基である場合に相当す
るポリ(2、5−ジメトキシ−p−フェニレンビニレ
ン)の前駆体を得た。この前駆体をクロロホルムに2重
量%の濃度になるように溶解し、レジストを調製した。
このレジストを酸化膜付き(膜厚1000nm)シリコンウエ
ハ上にスピンコーティングした(回転数:2000rpm、時
間:20秒、膜厚:約150nm)。このウェハに500Wの高圧水
銀灯を光源とするマスクアライナで紫外線をパターン状
に露光した後、クロロホルムにて現像したところ、未露
光部の前駆体の薄膜が溶出してパターンが形成された。
このパターンを窒素気流中250℃にて20分熱処理するこ
とによりポリ(2、5−ジメトキシフェニレンビニレ
ン)のパターンを得た。このパターンは最小のところで
約2μmの線幅であった。また、このパターンはヨウ素
雰囲気に曝してドーピングすることにより約0.1S/cmの
電気伝導度を示した。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式(1) を、R2は水素もしくは炭素数1〜10の炭化水素基、R3
    よびR4は水素もしくは炭素数1〜5のアルキル基または
    アルコキシ基、R5は炭素数1〜5の炭化水素基、mは1
    ないし2の整数を示す。)で表される繰り返し単位を有
    する高分子の溶液からなることを特徴とするネガ型レジ
    スト。
  2. 【請求項2】一般式(1) を、R2は水素もしくは炭素数1〜10の炭化水素基、R3
    よびR4は水素もしくは炭素数1〜5のアルキル基または
    アルコキシ基、R5は炭素数1〜5の炭化水素基、mは1
    ないし2の整数を示す。)で表される繰り返し単位を有
    する高分子の溶液を塗布する工程と、塗布された高分子
    に光または粒子線で露光する工程と、露光後に未露光部
    を溶出除去する工程を含むことを特徴とする微細パター
    ンの形成方法。
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