JP3501347B2 - 制御されたpHを有する導電性ポリマー - Google Patents

制御されたpHを有する導電性ポリマー

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御されたpHを
有する導電性組成物、これを用いて作製したエネルギー
感応性材料層と導電性ポリマー層とを有する構造、及び
その製造方法を対象とする。より詳細には、本発明によ
る構造はエネルギー感応性材料がレジストである電子デ
バイスの製造に有用である。
【0002】
【従来の技術】多くの工業的応用例では、製造された物
体の表面にある層にパターンが形成される。特に、マイ
クロエレクトロニクスにおいては、チップ上のシリコン
の種々のドープ領域、その相互接続、パッケージ上の種
々の相互接続などの形成に必要な種々の複雑なパターン
は、リソグラフィ技術によって形成される。リソグラフ
ィは通常レジストと呼ばれるエネルギー感応性材料を利
用する。エネルギー感応性材料は表面上に配置される。
このエネルギー感応性材料の層をエネルギーのパターン
で露光して、この層の露光された領域の性質を変化さ
せ、続いて露光されたまたは露光されなかった領域を除
去してこのエネルギー感応性層中にパターンを形成する
ことができる。ポジ型レジストにおいては露光された領
域は可溶性になり、ネガ型レジストにおいては露光され
た領域が不溶性になる。どちらの場合にも、レジストす
なわちエネルギー感応性層中にパターンが形成されてい
る。このパターンは、次に種々のエッチング機構により
下層に転写することができる。
【0003】エネルギーのパターンが電荷を発生し、ま
たは電荷を担持する場合、この電荷がエネルギー感応性
層またはその下の層に蓄積し、エネルギー感応性層中に
形成されつつあるパターンに歪みを生ずる可能性があ
る。このような歪みは大きなイメージ配置の変動及び誤
差を生ずる。これは、レジストなどの誘電性エネルギー
感応性材料を電子線やイオン・ビームなどの荷電ビーム
で露光する際に起こる。誘電性エネルギー感応性層はビ
ームからの電荷を蓄積する。蓄積した電荷は電界を生
じ、これがある大きさに達するとビームを歪ませ、エネ
ルギー感応性材料上のビームの位置ずれを生じさせる。
このためこの層中に形成されつつあるパターンに誤差が
生ずる。
【0004】これは、蓄積した電荷を放出し、望ましく
ない電界を除去または減少させるのに使用できる導電材
料層をエネルギー感応性層の上、下または内部に配置す
ることにより回避することができる。
【0005】導電性有機ポリマーは、金属の電気的特性
と金属特有の加工性及び機械的性質とを兼ね備えた一種
の電子材料である。このようなポリマーの例には、ポリ
パラフェニレンビニレン、ポリパラフェニレン、ポリア
ニリン、ポリチオフェン、ポリアジン、ポリフラン、ポ
リピロール、ポリセレノフェン、ポリp−フェニレンス
ルフィド、ポリチアナフテン、可溶性前駆体から形成さ
れるポリアセチレン、これらの組み合わせ、他のポリマ
ーとのブレンド、及びこれらのモノマーの共重合体など
がある。
【0006】これらのポリマーは共役系であり、ドーピ
ングによって導電性になる。ドープされていない、すな
わち非導電性型のこのポリマーをここでは導電性ポリマ
ーの前駆体と呼ぶ。ドープされた、すなわち導電性型の
このポリマーをここでは導電性ポリマーと呼ぶ。
【0007】導電性ポリマーは、前述の用途において荷
電を防止するための薄い電荷放散性(charge dissipati
ve)被膜として利用することができる。さらに、導電性
ポリマーにはこのほかに、静電帯電/放電(ESC/E
SD)保護、電磁干渉(EMI)遮蔽、レジスト、電気
めっき、金属の防錆、及び究極的には配線、プラスチッ
ク微小回路、種々の相互接続技術用の導電ペースト(は
んだ代替物)などの金属代替物といった分野において、
多くの用途がある。
【0008】ポリアニリン型の導電性ポリマーは、広範
囲の商業用途に最も将来性がある最適の導電性ポリマー
の1つであることが示されている。このポリマーは環境
安定性に優れ、簡単な1段階合成ができる。多くの可溶
性誘導体を作ることができる。たとえば、我々は以前に
一群の新しい水溶性導電性ポリアニリンを米国特許第5
370825号に開示しており、その内容を参照により
ここに合体する。これらの水溶性ポリマーはスピン塗布
電荷放散層として理想的に適する。これらのポリマー及
び大部分のドープ・ポリアニリンの問題点は、ドープし
たポリマーが酸性で、低いpHを有することである。こ
のポリマーが酸性であることは多くの用途において問題
になる。たとえば、ポリアニリンをレジスト上の電荷放
散被膜として用いる場合、現在の大部分のレジストが酸
に対してきわめて敏感であるため、この酸官能基がレジ
ストに悪影響を与えるおそれがある。さらに、プラスチ
ックまたは金属上に導電性ポリマーを付着する他の応用
例においても、酸は劣化、腐食などを引き起こすなど深
刻な問題を惹起する。
【0009】したがって、ドープされた導電性ポリマー
のpHを制御することができ、しかも導電性に影響を与
えることなく、これができることが望ましい。本明細書
では制御されたpHを有する導電性ポリマー組成物、及
びこのようなポリマーの製造方法を述べる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一目的は、制
御されたpHを有する導電性ポリマーを提供することに
ある。
【0011】本発明の一目的は、制御されたpHを有す
る導電性ポリマーの製法を提供することにある。
【0012】本発明の一目的は、導電性ポリマーに酸を
中和する基を含ませることによって、制御されたpHを
有する導電性ポリマーの製法を提供することにある。
【0013】本発明の一目的は、前記の酸性の導電性ポ
リマーを適当な塩基で処理して、この酸官能基を制御さ
れた程度に中和することにより、制御されたpHを有す
る導電性ポリマーの製法を提供することにある。
【0014】本発明の一目的は、制御されたpHを有す
る導電性ポリマーを含む表面を有する構造を提供するこ
とにある。
【0015】本発明の一目的は、表面上に導電性ポリマ
ーのパターンを有する構造を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の広義の態様は、
制御されたpHを有する導電性組成物である。
【0017】本発明の別の広義の態様は、制御されたp
Hを有する導電性ポリマーをその上に含む表面を有する
構造である。
【0018】本発明のより具体的な態様は、制御された
pHを有する導電性ポリマーのパターンをその上に含む
表面を有する構造である。
【0019】本発明の別の広義の態様は、表面と、この
表面上の複数の層とを有し、この複数の層のうち少なく
とも一つがエネルギー感応性材料で形成され、別の少な
くとも一つの層が導電性ポリマーで形成され、この導電
性ポリマーが酸官能基を有し、この導電性ポリマーが所
定のpHを有する構造である。
【0020】本発明の別の広義の態様は、制御されたp
Hを有する導電性ポリマーを表面上に配置する方法であ
る。
【0021】本発明の別のより具体的な態様は、表面上
に複数の層を配置する方法であって、この複数の層の少
なくとも一つがエネルギー感応性材料で形成され、別の
少なくとも一つの層が導電性ポリマーで形成され、この
導電性ポリマーが酸官能基を有し、この導電性ポリマー
が所定のpHを有する方法である。
【0022】
【発明の実施の形態】本発明は制御されたpHを有する
導電性ポリマー及びそれを使って製造される構造を対象
とする。本発明を実施するのに使用できるこのようなポ
リマーの例は、置換及び非置換のポリパラフェニレン、
ポリパラフェニレンビニレン、ポリアニリン、ポリアジ
ン、ポリチオフェン、ポリ-p−フェニレンスルフィ
ド、ポリフラン、ポリピロール、ポリセレノフェン、可
溶性前駆体から形成されるポリアセチレン及びこれらの
組み合わせ、及びこれらのモノマーのコポリマーなどで
ある。これらのポリマーの一般式はアンゲロプロス(An
gelopoulos)らの米国特許第5198153号に示され
ており、その内容を参照により本明細書に合体する。本
発明は、図1に示す一般式を有する置換または非置換の
ポリアニリンまたはポリアニリン・コポリマーである、
あるタイプのポリマーに関して記述するが、図中各Rは
Hまたは有機もしくは無機基で各Rは同じでも異なって
もよく、各R 1はHまたは有機もしくは無機基で各R1
同じでも異なってもよく、x≧1であるがx≧2が好ま
しく、yの値は0〜1である。有機基の例はアルキルま
たはアリール基である。無機基の例はSi及びGeであ
る。このリストは例示的なものであるに過ぎず、限定的
なものではない。
【0023】導電性ポリマーの前駆体を図1aに示す。
これは非ドープ型のポリマー、すなわち塩基ポリマーで
ある。図1bはドーパントでドープしたポリアニリンを
示す。このポリアニリン塩基をカチオン種QAに曝す
と、このポリマーのイミン部分の窒素原子がQ+カチオ
ンで置換され、図1bに示すようなエメラルジン塩を形
成する。Q+はH+及び有機または無機カチオン、たと
えばアルキル基または金属から選択することができる。
【0024】QAはQが水素であるプロトン酸でよい。
プロトン酸HAを用いてポリアニリンをドープすると
き、ポリアニリンのイミン部分の窒素原子がプロトン化
される。エメラルジン塩基の形は共鳴効果により大幅に
安定化される。電荷は窒素原子と芳香環に分布し、イミ
ンとアミンの窒素が区別できなくなる。ドープ型の実際
の構造は図1cに示すような非局在化ポリセミキノン・
ラジカル・カチオンである。
【0025】ポリアニリンはいくつかの酸化状態で存在
することができる。エメラルジン型のポリマーはほぼ等
数の芳香族性単位とキノイド性単位を含む(図1におい
てy≒0.5)。このエメラルジン・ポリマーは図1に
おいてy=1であるロイコエメラルジン・ポリマーに還
元することができる。ロイコエメラルジン塩基型ポリマ
ーは周囲条件下で不安定である。エメラルジン・ポリマ
ーはy=0であるパーニグラアニリン(pernigranilin
e)型に酸化することができるが、完全酸化型ポリマー
も不安定になる傾向がある。原則として、y=0とy=
1の間の他の酸化状態の中間体も可能である。エメラル
ジン塩基型のポリアニリンが最も安定な形である。この
形のポリアニリンが、その環境安定性のために、最も多
く研究されてきており、技術的利用に最適である。本発
明の最も好ましい態様は、yの値が約0.5であるエメ
ラルジン塩基型のポリアニリンである。
【0026】図1cから分かるように、ドープ化ポリア
ニリンは、一般にプロトン酸でドープされるので酸性で
ある。ドーパントは単一分子、オリゴマー、及びポリマ
ーからなることができる。たとえば、以前に我々はポリ
酸の存在下でアニリンを重合させて得た一連の水溶性ポ
リアニリンを米国特許第5370825号に記述してお
り、その内容を参照により本明細書に合体する。重合反
応中にポリアニリンが形成されるにつれて、ポリアニリ
ンはポリ酸を包み込み、ポリアニリン/ポリ酸のブレン
ドが得られる(図2)。ポリ酸の例には、米国特許第5
370825号に記述されるように、ポリスチレンスル
ホン酸、ポリアクリルアミドプロパンスルホン酸などが
ある。最終的な導電性ポリアニリン/ポリ酸のブレンド
において、ポリ酸はポリアニリンのドープに用いられな
い官能性スルホン酸基を有する。したがって、ポリアニ
リンを極めて酸性にする遊離スルホン酸基があることに
なる。遊離スルホン酸基の数がポリマーの酸性またはp
Hを決定する。生成したとき、このポリマーは非常に酸
性で、pH=1〜1.5であり得る。
【0027】図3は過剰の酸官能基を有するドープ化ポ
リアニリンの概念図を示す。この酸はポリアニリン骨格
上またはドーパント分子の対アニオン上あるいはその両
方上にあることができる。この過剰の酸は、ポリアニリ
ンをレジストまたは酸に敏感なプラスチックもしくは金
属上に塗布するとき、重大な問題を生じる。たとえば、
電子線照射またはSEM測定中に荷電防止のためにレジ
ストの上にポリアニリンを塗布する際、ポリアニリンの
酸官能基がレジストに悪影響を与える。
【0028】当業界における大部分のレジストは、化学
的に増幅(CA)されており、光酸発生剤(PAG)及
び酸に敏感なデブロック可能基を有するポリマーを含
む。露光によりPGAは酸を生成する。この酸がポリマ
ー上の酸に敏感な官能基をデブロックし始める。CAレ
ジストが高性能となるための鍵は、非常に効率のよい保
護基除去反応を開始するのに触媒量の酸のみでよいとい
うことである。その理由は、露光によって生成する酸が
触媒にすぎないことである。酸が酸に敏感な官能基の保
護基除去を開始すると、保護基除去機構によりさらに酸
が放出され、これが次の保護基除去の触媒になる。した
がって、1個のプロトンが自触媒カスケード(cascad
e)反応を開始するのである。このメカニズムのため、
CAレジストは非常に効率的で、高い感度を有する。同
時に、酸に対するこの感受性の故に痕跡量の酸によって
容易に汚染され、レジストの優れたリソグラフィ性能が
損なわれる。したがって、CAレジストの上、中、また
は下に塗布する材料のpHを制御できることが重要であ
る。熱により酸の拡散が起こることがあり、これにより
露光されなかった領域が酸に曝露されるので、CAレジ
ストはまた温度に敏感である。温度と酸が相まってCA
レジストのリソグラフィ性能を損なう恐れがある。
【0029】一般に酸は金属腐食、プラスチック劣化な
どの触媒になる。従って、これらの問題を防止するため
に導電性ポリマーの最終的pHが制御できることが望ま
しい。
【0030】ポリアニリン材料のpHを制御するため
に、酸性のポリアニリンを適当な塩基などの中和剤で処
理し、酸基の一部または全てを中和する。塩基はpHを
0〜14、好ましくは1〜7、より好ましくは1〜5に
調整するのに十分な量だけをポリアニリンに加える。
【0031】適当な塩基のリストには、水酸化テトラメ
チルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、
水酸化テトラブチルアンモニウム、トリエチルアミン、
ピリジン、t−ブトキシド、モルホリン、ピロリジノ
ン、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウ
ム、水酸化トリフェニルスルホニウム、1級、2級、及
び3級アミン、プロトン・スポンジ、水素化ナトリウム
などがある。このリストは例示的なものに過ぎず、限定
的なものではない。
【0032】
【実施例】過硫酸アンモニウムを酸化剤に用い1N塩酸
中でアニリンを化学的に酸化重合することにより、エメ
ラルジン型の非置換ポリアニリンを合成する。ポリアニ
リンはまた、W.Huang, B.Humphrey, and A.G.MacDiarmi
d, J.Chem.Soc.Faraday Trans.1,82,2385,1986に教示さ
れるように電気化学的に酸化重合することもできる。化
学的合成では導電性ポリアニリン塩酸塩(エメラルジン
塩酸塩)が溶液から沈殿する。重合を数時間進行させた
後、粉末を濾過し、過剰の1N塩酸で洗浄する。次に、
0.1M水酸化アンモニウムと反応させてエメラルジン
の塩酸塩を非導電性、すなわち、非ドープ化エメラルジ
ン塩基に変換する。次に、エメラルジン塩基を濾過し、
水酸化アンモニウムで洗浄し、メタノールで洗浄して乾
燥する。このポリマーはこの段階ではドープされていな
い粉末状のエメラルジン塩基である。
【0033】(芳香環または窒素上で)置換されたエメ
ラルジン型のポリアニリンは上記と同様に合成される
が、重合反応には適当な置換アニリン・モノマーを用い
る。コポリマーは1つ以上のモノマーの酸化重合によっ
て作成する。塩酸以外の酸も重合反応に用いることがで
きる。水性酢酸、硫酸、並びに水性トルエンスルホン
酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、カンファースルホン
酸などの有機スルホン酸などである。o−エトキシ置換
ポリアニリンは前述のように1N塩酸中でo−エトキシ
アニリンの酸化重合によって調製した。種々の量のo−
エトキシアニリンを含む量のコポリマーはo−エトキシ
アニリンとアニリンとを1N水性塩酸中で重合すること
により合成した。最終ポリマー中のo−エトキシ含有量
は最初の重合反応におけるこのモノマーの供給比を変え
ることによって制御した。
【0034】置換及び非置換エメラルジン塩基粉末は、
一般にこの粉末を有機溶剤に溶解することにより加工さ
れる。非置換エメラルジン塩基を5〜10%濃度でNM
P(N−メチルピロリジノン)中に、またはDMPU
(N,N'−ジメチルプロピレン尿素)に溶解した。こ
の溶液を用いて、シリコン・ウエハ、石英ウエハ、塩板
(salt plate)などの上にエメラルジンの塩基ポリマー
をスピン・コートすることができる。これらの膜は50
0Å〜1.0μm程度の厚さであった。より厚い(50
〜200μm程度)膜は、溶液をアルミニウム・パンま
たはガラスの皿に注ぎ、真空オーブン内で60℃で24
時間処理する溶液注型法で作成した。この溶液は材料を
構造部品または繊維に加工するのにも使用できる。o−
エトキシ置換エメラルジン塩基などの置換エメラルジン
塩基は非置換エメラルジン塩基より可溶解性が大きかっ
た。このポリマーはシクロヘキサノン、テトラヒドロフ
ラン、乳酸エチルなどに溶解できる。シクロヘキサノン
溶液(固形分5%)を調製し、この溶液を用いて(薄
い、及び厚い)膜を加工した。
【0035】非ドープ型のポリアニリンを塩酸、酢酸、
ギ酸、ポリスチレンスルホン酸、アクリルアミドプロパ
ンスルホン酸、ポリアクリル酸などのドーパントで処理
してこの材料を導電性にすることができる。
【0036】水溶性ポリアニリンを、その内容を参照に
より本明細書も合体する米国特許第5370825号に
記載のようにして作成した。作成時のポリマーのpHは
1.9である。pHは水酸化テトラメチルアンモニウム
などの塩基を添加して、2.0から2.5、3.0、
5.0へと増大させた。ポリアニリン粉体を固体状でこ
の塩基の溶液で処理することができる。ポリアニリンを
溶解して溶液中の塩基で処理することもできる。ポリア
ニリンを膜または構造部品に加工してから塩基の溶液で
処理することもできる。さらに、ポリアニリンを合成中
に次のように処理することもできる。すなわち、ポリア
ニリンを反応混合物から単離するときにこの塩基溶液で
洗浄することができる。
【0037】ポリアニリンをポジティブ・トーン及びネ
ガティブ・トーン・レジストの誘電エネルギー感応性材
料の上の電荷放散用被膜として用いた例を示す。
【0038】実施例1:ポジティブ・トーン・レジスト
UV3上で使用したポリアニリン 本実験に用いたエネルギー感応性フォトレジストは、I
BM/Shipley製の市販の深紫外フォトレジストであっ
た。この材料は周知であり、記述されているように、電
子線感受性を有する。このレジストを約0.32μmの
厚みになるように4850rpmでスピン・コートし、
140℃で3分間ベークした。ベークしたUV3フォト
レジストの上に水溶性ポリアニリンをスピン・コート法
で塗布した。UV3は化学増幅フォトレジストであるの
で、空気中に浮遊する塩基性化合物またはフォトレジス
ト上に被覆された材料がレジストの結像特性を阻害する
おそれがある。この問題に対処するために、pHが異な
る導電性被膜をUV3上に塗布した。フォトレジストの
結像特性に対する導電層の処理条件の影響を確かめるた
めに次の実験を行った。これらの実験において、スピン
・コート後の導電層のベーク(PAB)、及び露光後ベ
ーク・ステップ(PEB)中の導電性トップ・コートの
有無について調べた。露光は25KeVの電子線装置を
用いて行った。
【0039】pH1.9及びpH5のポリアニリンで被
覆したUV3ウエハをパターン化することにより、UV
3のリソグラフィ特性に対するポリアニリンのpHの影
響を調べた。これらの実験において塗布後のベークは行
わなかった。このベークは別個の加工ステップであるの
で、製造環境においてこれは加工コストを引き上げるこ
とになる。1組の実験において、露光の後、露光後ベー
クの前にポリアニリンを水で洗浄除去した。第2の1組
の実験において、露光後ベークの間ポリアニリンをその
まま放置し、現像の直前に洗浄除去した。実験結果を表
1に示す。
【0040】
【表1】
【0041】これらの結果から、ポリアニリンの処理及
びpHはレジストのリソグラフィに重大な影響を及ぼす
ことが分かる。PEBの間中ポリアニリンを放置した場
合、レジストの応答は材料のpHによって異なる。低p
H型でpH=1.9の場合、レジストが薄くなり、パタ
ーンが消失した。これはポリアニリンの酸官能基がベー
ク・ステップ中にレジスト中に拡散し、ポリマーのデブ
ロッキング及びレジストの薄化が起こることを示す。高
pH材料でpH=5の場合、PEBの間中ポリアニリン
をそのまま放置したところレジストが現像されなかっ
た。これはpH調整のために添加した塩基がUV3フォ
トレジストに悪影響を及ぼすことを示す。塩基が酸を消
失させ、レジスト中で化学反応が起こらなくなるのであ
る。PEBの前にポリアニリンを除去しても、レジスト
のリソグラフィには影響がない模様である。優れた解像
度と感度が得られる。
【0042】ポリアニリンの塗布後のベークのリソグラ
フィに対する影響を調べるために別の実験を行った。試
験はpH1.9及び2.5の材料を用い、80℃5分間
のベークで行った。PEBの前にポリアニリンを洗浄除
去した。リソグラフィはベークしなかった試料と比較し
て変わらなかった。
【0043】低pH材料を用い、PEBの前に洗浄して
UV3の貯蔵寿命を試験した。X線及び光マスクの用途
では、基板を通常あらかじめ被覆し、使用の準備ができ
るまで貯蔵する。化学増幅レジストにおいては、このレ
ジストは環境汚染のためあまり長くは貯蔵できない。ト
ップ・コートはレジストを被覆したときから露光まで、
及び露光からPEBまでの貯蔵寿命を延長するのに時々
用いられる。ポリアニリンがUV3用のトップ・コート
として有効か否かを確かめるために実験を行った。これ
らの実験において、UV3をポリアニリンで被覆して室
温でさまざまな期間貯蔵した。レジストの貯蔵寿命は5
〜8日であったが、ポリアニリンがあると少なくとも2
2日まで延びた(図4)。この時点で実験を終了した。
【0044】実施例2:ネガ型フォトレジストCGR上
のポリアニリン ポリアニリンはネガ型レジストCGR上に被覆しても効
果的であることが分かった。これによりCGRの貯蔵期
間が4時間から24時間に延びることが分かった。CG
Rは通常ポジ型UV3レジストより不安定である。
【0045】実施例3:PMMA及びSNR上のポリア
ニリン ポリアニリンを電子線ポリメタクリル酸メチル(PMM
A)レジスト及びネガ型SNRレジスト上でも試験し
た。どちらの場合も、ポリアニリンはPEB処理の前に
除去すればレジストを汚染しないことが分かった。
【0046】ポリアニリンは効果的なトップ・コート放
電層であることが分かった。ポリアニリンは処理条件及
びpHをよく制御すれば、レジストのリソグラフィを劣
化させることなくレジスト上に塗布できる。ポリアニリ
ンをレジストPEBの前に除去するとき、最もよい結果
が得られる。ポリアニリンをPEBの前に除去すればp
Hはレジストに大きな影響を与えないようであった。ポ
リアニリンをPEB中放置しておくとポリアニリン中の
酸がレジストを汚染し、ポリアニリンの酸性を中和する
ために過剰の塩基を加えると、塩基もまたレジストを汚
染する。したがってポリアニリンのpHの制御が重要で
ある。最良の結果を得るには、pHは1〜5とすべきで
あり、1.5〜5がより好ましく、1.5〜3が最も好
ましい。
【0047】レジストには、UVxシリーズ(ヒドロキ
シスチレン/メタクリル酸t−ブチル・コポリマー及
び、それとスチレン、メタクリル酸メチルなど他の重合
性単位とのターポリマーからなるIBM/Shipley製
品)、ポリメタクリル酸メチル及びその誘導体などのメ
タクリレート/アクリレート・ポリマー、SNR、CG
R、KRS、Zep、シリコン含有レジスト、PBS
(ポリブタンスルホン)、有機金属レジスト、ノボラッ
ク含有レジスト、ノボラック/ジアゾキノン・レジスト
などがある。レジストはポジ型でもネガ型でもよく、単
層レジストでも多層レジストでもよく、化学増幅型でも
非化学増幅型でもよい。下記の米国特許は本発明の実施
に有用なレジストを記載しており、参照により本明細書
に合体する。米国特許第5580694号、第5554
485号、第5545509号、第5492793号、
第5401614号、第5296332号、第5240
812号、第5071730号、第4491628号、
第5585220号、第5561194号、第5547
812号、第5498765号、第5486267号、
第5482817号、第5464726号、第5380
621号、第5374500号、第5372912号、
第5342727号、第5304457号、第5300
402号、第5278010号、第5272042号、
第5266444号、第5198153号、第5164
278号、第5102772号、第5098816号、
第5059512号、第5055439号、第5047
568号、第5045431号、第5026624号、
第5019481号、第4940651号、第4939
070号、第4931379号、第4822245号、
第4800152号、第4760013号、第4551
418号、第5338818号、第5322765号、
第5250395号、第4613398号、第4552
833号、第5457005号、第5422223号、
第5338818号、第5322765号、第5312
717号、第5229256号、第5286599号、
第5270151号、第5250395号、第5238
773号、第5229256号、第5229251号、
第5215861号、第5204226号、第5115
095号、第5110711号、第5059512号、
第5041358号、第5023164号、第4999
280号、第4981909号、第4908298号、
第4867838号、第4816112号、第4810
601号、第4808511号、第4782008号、
第4770974号、第4693960号、第4692
205号、第4665006号、第4657845号、
第4613398号、第4603195号、第4601
913号、第4599243号、第4552833号、
第4507331号、第4493855号、第4464
460号、第4430153号、第4307179号、
第4307178号、第5362599号、第4397
937号、第5567569号、第5342727号、
第5294680号、第5273856号、第4980
264号、第4942108号、第4880722号、
第4853315号、第4601969号、第4568
631号、第4564575号、第4552831号、
第4522911号、第4464458号、第4409
319号、第4377633号、第4339522号、
第4259430号、第5209815号、第4211
834号、第5260172号、第5258264号、
第5227280号、第5024896号、第4904
564号、第4828964号、第4745045号、
第4692205号、第4606998号、第4600
683号、第4499243号、第4567132号、
第4564584号、第4562091号、第4539
222号、第4493855号、第4456675号、
第4359522号、第4289573号、第4284
706号、第4238559号、第4224361号、
第4212935号、第4204009号、第5091
103号、第5124927号、第5378511号、
第5366757号、第4590094号、第4886
727号、第5268260号、第5391464号、
第5115090号、第5114826号、第4886
734号、第4568601号、第4678850号、
第4543319号、第4524126号、第4497
891号、第4414314号、第4414059号、
第4398001号、第4389482号、第4379
826号、第4379833号、第4187331号。
【0048】ポリアニリンがレジストの貯蔵寿命を延長
する保護導電被覆であることも分かった。それは基本的
に、通常ならレジスト内に拡散するはずの環境汚染物質
を排除することによって機能する。
【0049】CGRはネガ型DUV化学増幅レジストで
ある。この化学成分は、ポリヒドロキシスチレン、光酸
発生剤(PAG)としてのMDT、及び架橋剤としての
パウダーリンク(powderlink)である。SNRはShiple
yのネガ型DUV化学増幅レジストである。SNRはShi
pley Negative Resistを意味する。これはポリヒドロキ
シスチレンである。これはメラミン架橋剤とPAGを含
む。KRSはポジ型深紫外化学増幅レジストである。K
RSはKetal Resist System(ケタール・レジスト・シ
ステム)の略称である。その化学成分は、ポリヒドロキ
シスチレン、及びコポリマーのアセタールで保護された
ポリヒドロキシスチレンである。PAGはトリフェニル
スルホニウムトリフレートである。UV3はIBM/Sh
ipleyのポジ型DUV化学増幅レジストである。これは
ポリヒドロキシスチレン及びメタクリル酸t−ブチル・
コポリマーを含む。PAGはカンファースルホン酸t−
ブチルフェニルヨードニウムである。ZEPは電子線レ
ジストである。これは化学増幅されていない。これはア
ルファ−クロロメタクリレートとアルファ−メチルスチ
レンのコポリマーを含む。
【0050】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【0051】(1)表面と、前記表面上に配置された導
電性ポリマーとを含み、前記導電性ポリマーが酸官能基
を含み、前記導電性ポリマーが所定のpHを有する構
造。 (2)前記導電性ポリマーが、前記表面上に配置された
複数の層の1つである上記(1)に記載の構造。 (3)前記複数の層の少なくとも1つがエネルギー感応
性材料を含み、前記の層の少なくとも別の1つが前記導
電性ポリマーを含む上記(2)に記載の構造。 (4)前記導電性ポリマーが前記表面上のパターンの形
である上記(1)に記載の構造。 (5)前記pHが前記表面に適合するように予め定めら
れる上記(1)に記載の構造。 (6)前記表面がレジスト材料である上記(5)に記載
の構造。 (7)前記エネルギー感応性材料がレジストである上記
(6)に記載の構造。 (8)前記レジストがポジ型及びネガ型レジストからな
る群から選択される上記(7)に記載の構造。 (9)前記レジストが化学的に増幅されたレジストであ
る上記(7)に記載の構造。 (10)前記エネルギー感応性材料が電磁放射及び粒子
線から成る群から選択されるエネルギーに感応する上記
(1)に記載の構造。 (11)前記粒子線が電子線及びイオン・ビームから成
る群から選択される上記(10)に記載の構造。 (12)前記エネルギー感応性材料が前記酸官能基に感
応する上記(1)に記載の構造。 (13)前記表面が電子デバイスである上記(1)に記
載の構造。 (14)前記電子デバイスが集積回路、パッケージ基
板、液晶素子、及び発光ダイオードから成る群から選択
される上記(13)に記載の構造。 (15)前記レジストが、ヒドロキシスチレン/メタク
リル酸t−ブチル・コポリマー、ヒドロキシスチレン/
メタクリル酸t−ブチルとスチレン及びメタクリル酸メ
チルとのターポリマー、メタクリレート/アクリレート
・ポリマー、メタクリレート/アクリレート誘導体ポリ
マー、シリコン含有レジスト、ポリブタンスルホン、有
機金属レジスト、ノボラック含有レジスト、及びノボラ
ック/ジアゾキノン・レジストから成る群から選択され
る上記(7)に記載の構造。 (16)前記導電性ポリマーが前記所定のpHを提供す
るための酸中和基を含む上記(1)に記載の構造。 (17)前記酸中和基が、水酸化テトラメチルアンモニ
ウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラ
ブチルアンモニウム、トリエチルアミン、ピリジン、t
−ブトキシド、モルホリン、ピロリジノン、水酸化カリ
ウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化トリ
フェニルスルホニウム、1級、2級、及び3級アミン、
プロトン・スポンジ、水素化ナトリウムからなる群から
選択される上記(16)に記載の構造。 (18)前記導電性ポリマーが、置換及び非置換のポリ
パラフェニレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリア
ニリン、ポリアジン、ポリチオフェン、ポリ-p−フェ
ニレンスルフィド、ポリフラン、ポリピロール、ポリセ
レノフェン、可溶性前駆体から得られるポリアセチレ
ン、及びこれらの組み合わせ、並びに他のポリマーとこ
れらのモノマーのコポリマーとのブレンドからなる群か
ら選択される上記(1)の構造。 (19)前記酸中和基が前記導電性ポリマーの添加剤及
び前記導電性ポリマーの成分から成る群から選択される
上記(16)に記載の構造。 (20)表面と、前記表面上の複数の層とを備え、前記
の複数の層の少なくとも1つがエネルギー感応性材料を
含み、前記層の少なくとも別の1つが導電性ポリマーを
含み、前記導電性ポリマーが酸官能基を含み、前記導電
性ポリマーが酸中和基によってもたらされる所定のpH
を有し、前記pHが約1〜約7の範囲にあり、前記エネ
ルギー感応性材料が、ヒドロキシスチレン/メタクリル
酸t−ブチル・コポリマー、ヒドロキシスチレン/メタ
クリル酸t−ブチルとスチレン及びメタクリル酸メチル
とのターポリマー、メタクリレート/アクリレート・ポ
リマー、メタクリレート/アクリレート誘導体ポリマ
ー、シリコン含有レジスト、ポリブタンスルホン、有機
金属レジスト、ノボラック含有レジスト、及びノボラッ
ク/ジアゾキノン・レジストから成る群から選択され、
前記酸中和基が、水酸化テトラメチルアンモニウム、水
酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルア
ンモニウム、トリエチルアミン、ピリジン、t−ブトキ
シド、モルホリン、ピロリジノン、水酸化カリウム、水
酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化トリフェニル
スルホニウム、1級、2級、及び3級アミン、プロトン
・スポンジ、水素化ナトリウムからなる群から選択さ
れ、前記導電性ポリマーが、置換及び非置換のポリパラ
フェニレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリアニリ
ン、ポリアジン、ポリチオフェン、ポリ-p−フェニレ
ンスルフィド、ポリフラン、ポリピロール、ポリセレノ
フェン、可溶性前駆体から得られるポリアセチレン、及
びこれらの組み合わせ、並びに他のポリマーとこれらの
モノマーのコポリマーとのブレンドからなる群から選択
される、構造。 (21)表面上に導電性ポリマーを配置するステップを
含み、前記導電性ポリマーが酸官能基を含み、前記導電
性ポリマーが所定のpHを有する、方法。 (22)前記表面上に少なくとも1つの別の層を配置し
て、前記表面上に配置された複数の層を形成するステッ
プをさらに含む、上記(21)に記載の方法。 (23)前記の複数の層の少なくとも1つがエネルギー
感応性材料の層を含み、前記層の少なくとも別の1つが
前記導電性ポリマーを含む、上記(22)に記載の方
法。 (24)前記導電性ポリマーが前記表面上のパターンの
形である上記(21)に記載の方法。 (25)前記pHが前記表面に適合するように予め決定
される上記(21)に記載の方法。 (26)前記表面がレジスト材料である上記(25)に
記載の方法。 (27)前記エネルギー感応性材料がレジストである上
記(26)に記載の方法。 (28)前記レジストがポジ型及びネガ型レジストから
成る群から選択される上記(27)に記載の方法。 (29)前記レジストが化学的に増幅されたレジストで
ある上記(27)に記載の方法。 (30)前記エネルギー感応性材料が電磁放射及び粒子
線から成る群から選択されるエネルギーに感応する上記
(21)に記載の方法。 (31)前記粒子線が電子線及びイオン・ビームから成
る群から選択される上記(30)に記載の方法。 (32)前記エネルギー感応性材料が前記酸官能基に感
応する上記(31)に記載の方法。 (33)前記表面が電子デバイスである上記(31)に
記載の方法。 (34)前記電子デバイスが集積回路、パッケージ基
板、液晶素子、及び発光ダイオードから成る群から選択
される上記(33)に記載の方法。 (35)前記レジストが、ヒドロキシスチレン/メタク
リル酸t−ブチル・コポリマー、ヒドロキシスチレン/
メタクリル酸t−ブチルとスチレン及びメタクリル酸メ
チルとのターポリマー、メタクリレート/アクリレート
・ポリマー、メタクリレート/アクリレート誘導体ポリ
マー、シリコン含有レジスト、ポリブタンスルホン、有
機金属レジスト、ノボラック含有レジスト、及びノボラ
ック/ジアゾキノン・レジストからなる群から選択され
る上記(27)に記載の方法。 (36)前記導電性ポリマーが前記酸中和基を含み、前
記所定のpHを提供する、上記(21)に記載の方法。 (37)前記酸中和基が、水酸化テトラメチルアンモニ
ウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラ
ブチルアンモニウム、トリエチルアミン、ピリジン、t
−ブトキシド、モルホリン、ピロリジノン、水酸化カリ
ウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化トリ
フェニルスルホニウム、1級、2級、及び3級アミン、
プロトン・スポンジ、水素化ナトリウムからなる群から
選択される上記(36)に記載の方法。 (38)前記導電性ポリマーが、置換及び非置換のポリ
パラフェニレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリア
ニリン、ポリアジン、ポリチオフェン、ポリ-p−フェ
ニレンスルフィド、ポリフラン、ポリピロール、ポリセ
レノフェン、可溶性前駆体から得られるポリアセチレ
ン、及びこれらの組み合わせ、並びに他のポリマーとこ
れらのモノマーのコポリマーとのブレンドからなる群か
ら選択される、上記(21)に記載の方法。 (39)前記酸中和基が前記導電性ポリマーの添加物及
び前記導電性ポリマーの成分から成る群から選択される
上記(36)に記載の方法。 (40)表面上に複数の層を配置するステップを含み、
前記の複数の層の少なくとも1つがエネルギー感応性材
料を含み、前記の層の別の少なくとも1つが導電性ポリ
マーを含み、前記導電性ポリマーが酸官能基を含み、前
記導電性ポリマーが酸中和基によって提供される所定の
pHを有し、前記pHが約1〜約7の範囲に予め決定さ
れ、前記エネルギー感応性材料が、ヒドロキシスチレン
/メタクリル酸t−ブチル・コポリマー、ヒドロキシス
チレン/メタクリル酸t−ブチルとスチレン及びメタク
リル酸メチルとのターポリマー、メタクリレート/アク
リレート・ポリマー、メタクリレート/アクリレート誘
導体ポリマー、シリコン含有レジスト、ポリブタンスル
ホン、有機金属レジスト、ノボラック含有レジスト、及
びノボラック/ジアゾキノン・レジストからなる群から
選択され、前記酸中和基が、水酸化テトラメチルアンモ
ニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テト
ラブチルアンモニウム、トリエチルアミン、ピリジン、
t−ブトキシド、モルホリン、ピロリジノン、水酸化カ
リウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化ト
リフェニルスルホニウム、1級、2級、及び3級アミ
ン、プロトン・スポンジ、水素化ナトリウムからなる群
から選択され、前記導電性ポリマーが、置換及び非置換
のポリパラフェニレン、ポリパラフェニレンビニレン、
ポリアニリン、ポリアジン、ポリチオフェン、ポリ-p
−フェニレンスルフィド、ポリフラン、ポリピロール、
ポリセレノフェン、可溶性前駆体から得られるポリアセ
チレン、及びこれらの組み合わせ、並びに他のポリマー
とこれらのモノマーのコポリマーとのブレンドからなる
群から選択される、方法。 (41)前記エネルギー感応性材料を加熱するステップ
と、前記加熱の前に前記導電性ポリマーを除去するステ
ップをさらに含む上記(23)に記載の方法。 (42)加熱するステップをさらに含む上記(23)に
記載の方法。 (43)前記加熱の前に前記導電性ポリマーを除去する
上記(42)に記載の方法。 (44)前記加熱の後に前記導電性ポリマーを除去す
る、上記(42)に記載の方法。 (45)前記導電性ポリマーを前記エネルギー感応性材
料の現像中に除去する、上記(23)に記載の方法。 (46)前記導電性ポリマーを前記エネルギー感応性材
料の現像の前に除去する上記(23)に記載の方法。 (47)前記エネルギー感応性材料を前記導電性ポリマ
ーと前記表面の間に含み、前記導電性ポリマーが前記エ
ネルギー感応性材料への保護トップ・コートを提供し
て、それによって前記エネルギー感応性材料の貯蔵寿命
を延長する上記(1)に記載の構造。 (48)前記導電性ポリマーが水溶性である上記(1)
に記載の構造。 (49)制御されたpHを有する導電性ポリマーを含む
組成物。 (50)前記組成物がさらに前記の制御されたpHを提
供するための添加剤を含む上記(49)に記載の組成
物。 (51)前記添加剤が酸中和性添加剤である上記(5
0)に記載の組成物。 (52)前記添加剤が、水酸化テトラメチルアンモニウ
ム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブ
チルアンモニウム、トリエチルアミン、ピリジン、t−
ブトキシド、モルホリン、ピロリジノン、水酸化カリウ
ム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化トリフ
ェニルスルホニウム、1級、2級、及び3級アミン、プ
ロトン・スポンジ、水素化ナトリウムからなる群から選
択される上記(51)に記載の組成物。 (53)前記導電性ポリマーが、置換及び非置換のポリ
パラフェニレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリア
ニリン、ポリアジン、ポリチオフェン、ポリ-p−フェ
ニレンスルフィド、ポリフラン、ポリピロール、ポリセ
レノフェン、可溶性前駆体から得られるポリアセチレ
ン、及びこれらの組み合わせ、並びに他のポリマーとこ
れらのモノマーのコポリマーとのブレンドからなる群か
ら選択される、上記(48)に記載の組成物。方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】ポリアニリンの一般式を示す図であり、(a)
はこのポリマーの前駆体、すなわち、非ドープ型のポリ
マー、(b)はドープ型のポリマー、すなわち、導電性
型のポリアニリン、(c)はポリセミキノン・ラジカル
・カチオンからなるドープ導電性ポリマーの実際の構造
である。
【図2】水溶性ポリ酸/ポリアニリンの構造を示す図で
ある。
【図3】過剰の酸官能基を有する導電性ポリアニリンを
示す図である。
【図4】ポリアニリン・トップ・コートを有する場合、
及びこれが無い場合のUV3の貯蔵寿命を示す図であ
る。図から分かるように、ポリアニリンはこのポリマー
の貯蔵寿命を少なくとも実験終了の22日まで延長させ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ・ジョーゼフ・ブッチニャー ノ アメリカ合衆国10598 ニューヨーク州 ヨークタウン・ハイツ クロムパウン ド・ロード 2362 (72)発明者 カレン・イー・ペトリーリョ アメリカ合衆国10541 ニューヨーク州 マホパック ロングビュー・ドライブ 23 (56)参考文献 特開 平4−349614(JP,A) 特開 平7−27914(JP,A) 特開 平10−60108(JP,A) 特開 平6−207012(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01B 1/12 G03C 1/89 G03F 7/038 601 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フォトレジスト層上に塗布するためのコー
    ティング組成物であって、プロトン酸でドープされたポ
    リアニリンと中和剤と有機溶剤とを含み、前記組成物の
    pHを1.5〜3にするのに十分な量だけ前記中和剤を
    含むコーティング組成物。
  2. 【請求項2】前記中和剤が、水酸化テトラメチルアンモ
    ニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テト
    ラブチルアンモニウム、トリエチルアミン、ピリジン、
    t−ブトキシド、モルホリン、ピロリジノン、水酸化カ
    リウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化ト
    リフェニルスルホニウム、1級、2級、及び3級アミ
    ン、プロトン・スポンジ、水素化ナトリウムからなる群
    から選択される請求項1に記載のコーティング組成物。
  3. 【請求項3】前記有機溶剤が、N−メチルピロリジノン
    またはN,N'−ジメチルプロピレン尿素である請求項
    1または2記載のコーティング組成物。
  4. 【請求項4】フォトレジストを用いてパターニングする
    方法において、プロトン酸でドープされたポリアニリン
    と中和剤とを含む組成物であって、前記組成物のpHを
    1.5〜3にするのに十分な量だけ前記中和剤を含む組
    成物を、前記フォトレジスト層上に塗布してトップ・コ
    ート層として用いる方法。
  5. 【請求項5】前記トップ・コート層が、荷電ビームで露
    光することにより蓄積されるフォトレジスト上の荷電を
    放散するための電荷放散性被膜層であることを特徴とす
    る請求項記載の方法。
  6. 【請求項6】前記トップ・コート層を、前記フォトレジ
    ストをベーキングする前に除去することを特徴とする請
    求項記載の方法。
  7. 【請求項7】前記トップ・コート層が、前記フォトレジ
    ストを被覆したときから露光まで、及び、露光からベー
    キングまでの貯蔵寿命を延長するための保護導電被覆層
    であることを特徴とする請求項記載の方法。
  8. 【請求項8】前記フォトレジストが、ヒドロキシスチレ
    ン/メタクリル酸t−ブチル・コポリマー、ヒドロキシ
    スチレン/メタクリル酸t−ブチル・コポリマーとスチ
    レン及びメタクリル酸メチルとのターポリマー、メタク
    リレート/アクリレート・ポリマー、メタクリレート/
    アクリレート誘導体ポリマー、シリコン含有レジスト、
    ポリブタンスルホン、有機金属レジスト、ノボラック含
    有レジスト、及びノボラック/ジアゾキノン・レジスト
    からなる群から選択されることを特徴とする請求項4〜
    7のいずれか1項記載の方法。
  9. 【請求項9】前記中和剤が、水酸化テトラメチルアンモ
    ニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テト
    ラブチルアンモニウム、トリエチルアミン、ピリジン、
    t−ブトキシド、モルホリン、ピロリジノン、水酸化カ
    リウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化ト
    リフェニルスルホニウム、1級、2級、及び3級アミ
    ン、プロトン・スポンジ、水素化ナトリウムからなる群
    から選択される請求項4〜のいずれか1項記載の方
    法。
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