JP3536194B2 - 末端に非共有電子対を有する官能基を導入した高分子化合物、その製造方法及び該高分子化合物を使用したポジ型レジスト材料 - Google Patents
末端に非共有電子対を有する官能基を導入した高分子化合物、その製造方法及び該高分子化合物を使用したポジ型レジスト材料Info
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Description
有機金属系開始剤の存在下でイオン重合した後、ケト
ン、イミン、2硫化炭素、ハロメチルエーテル、ハロメ
チルスルフィドを付加或いは縮合させたポリマー主鎖の
末端4級炭素に炭素原子1つを介して非共有電子対を有
する官能基を導入した新規な高分子化合物、その製造方
法及び該化合物を用いたポジ型レジスト材料に関するも
のである。
導入する方法はマクロモノマー合成法として広く試みら
れてきた(山下雄也編著、マクロモノマーの化学と工
業、アイピーシー出版部、1987年)しかしながらそ
れらの多くはブロックポリマーやグラフトポリマーの前
駆体として合成されてきているのが現状である。したが
って、マクロモノマーとして得られているポリマーの多
くは光や電子線などによって重合反応を示す。本発明者
らは光や電子線等の照射によって効率的に反応活性を示
し、生じた活性種が生長鎖と同様な構造を有することに
より解重合せしめ、効率的に解重合するポジ型レジスト
を目指し、検討を重ねた。一般にビニルモノマーのカチ
オン重合反応では連鎖移動反応(プロトン移動)により
一部構造式(C)に示すポリマーが生成しているもの
の、定量的にこれら不飽和末端を導入する方法として
は、本発明者らの出願である特願平6−228039号
(特開平8−92312号公報)に記載の製造方法によ
って高収率で定量的に末端に2−フェニルアリル末端構
造を導入することに成功した例があるだけである。特に
繰り返し骨格にα−メチルスチレンを有するポリマーは
電子線照射等により効率的に末端から解重合が進行し、
効率的なポジ型電子線レジストを供給する。ポリ(α−
メチルスチレン)を主鎖骨格とするレジストはそのポリ
マー自身の摂動性の低さから、極めて高い解像性能を有
するものの、2−フェニルアリル末端にたいする電子線
の感受性は必ずしも高いものではなかった。
は、電子線などに対する感受性を改善すべく、α−メチ
ルスチレンなどのビニルモノマーを有機金属開始剤を用
いて重合して得られるポリマーの末端の電子線感受性を
向上させる技術について鋭意検討を重ねた結果、ポリマ
ー主鎖の末端4級炭素に炭素原子1つを介して非共有電
子対を有する官能基を導入することにより、高効率で電
子線などにより分解できる高分子化合物が得られること
を発見し、本発明を完成したもので、本発明の目的は、
電子線などの感受性を改善した構造式(A)を有する高
分子化合物、その製造方法及び構造式(A)の化合物を
用いた電子線などのレジスト材料を提供することであ
る。
旨は、下記の構造式(A)で表される、ポリマー主鎖の
末端4級炭素に炭素原子1つを介して非共有電子対を有
する官能基を導入した高分子化合物であり、請求項3に
係る発明は、構造式(A)を持つポリマーの製造方法で
あり、請求項3に係る発明は構造式(A)を持つポリマ
ーを用いた電子線などのレジスト材料である。本発明の
化合物(A)は、ブチルリチュウムやナトリウウムナフ
タレンのような有機金属を開始剤としたビニルモノマー
のアニオン重合で得られたリビングアニオン末端にケト
ン、イミン、2硫化炭素、ハロメチルエーテル、ハロメ
チルスルフィド等を付加或いは縮合して末端を修飾する
ことにより合成される。この合成過程の末端の修飾過程
を有機リチュウム開始剤として用い、修飾剤をアセトン
とした場合を化学式で示すと、ポリマーの末端炭素にリ
チュウムを有するポリマーをアセトンで修飾する反応は
次のとおりである。
ング的にアニオン重合するモノマーならば何れも可能で
あるが、特にα−メチルスチレン類(有機シリル基、有
機シロキシ基で置換していてもよい)が好ましい。その
他のモノマーとしてはスチレン、イソプレン、ブタジェ
ン等の共役炭化水素モノマーやエチレン、アクリル酸エ
ステル、ジアルキルアクリルアミド、ビニルケトンなど
の共役極性モノマー類を挙げることができる。
チルリチュウム、ブチルリチュウムなどの有機リチュウ
ム、ナトリウムナフタレン、カリウムナフタレン、クミ
ルナフタレン、クミルカリウムなどの有機ナトリウウム
や有機カリウム、リチュウムジイソプロピルアミドやカ
リウムジイソプロピルアミドなどの有機金属アミド類な
どが用いられる。また、α−メチルスチレンリビングオ
リゴマーなども使用できる。これらの開始剤の使用量
は、モノマーに対するモル比で0.00001ないし1
00倍モルで使用可能であり、0.001倍ないし1倍
モルがより好ましい。
ン、メチルエチルケトン、アセトフェノン等のケトン
類、ベンザルアニリン等のイミン類、2硫化炭素、クロ
ロメチルメチルエーテル、ブロモメチルメチルエーテ
ル、クロロメチルフェニルスルフィド、N,O−ビス
(トリメチルシリル)アセトアミド、2−ブロモテトラ
ヒドロフランなどのハロゲン化物などを挙げることがで
きる。これら末端修飾剤の生成ポリマーに対するモル比
は0.01ないし100倍モルで使用可能であり、1倍
モルないし10倍モルがより好ましい。
なうこともできる。溶媒としてはジエチルエーテル、ジ
オキサン、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジ
グライム等のエーテル類、ペンタン、ヘキサン、シクロ
ヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン、ト
ルエン等の芳香族炭化水素ジメチルスルホキシド、N,
N−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホリック
トリアミド、等の非プロトン性極性溶媒、反応条件下で
アルカリ金属アミド触媒と反応しない液体を用いること
ができる。この中でテトラヒドロフラン等のエーテル類
位、ベンゼン等の芳香族炭化水素類およびヘキサン等の
脂肪族炭化水素が好ましい。
ないし1000倍量が好ましく、より好ましくは0.5
ないし100倍量である。溶媒の相対量が多くなると反
応は一般に遅くなる。本発明において反応を行う温度に
ついては特に制限はないが、−150℃ないし150℃
が好ましく、より好ましくは−100℃ないし0℃であ
る。また反応時間に制限はないが1分ないし1000時
間が好ましく、更に好ましくは10分ないし100時間
である。反応条件、目的物によって反応速度が異なるの
で、ガスクロマトグラフィーや液体クロマトグラフィー
等で原料や生成物の定量を行い反応の終了を決定するこ
とが望ましい。
合物は、末端に紫外光、電子線などに感受性の高い官能
基を持つため、紫外光、電子線等により効率よく解重合
する。その解重合の過程は次のとおりである。
紫外線、電子線により照射部分は全てモノマーに解重合
して可溶性になるので新規な高感度ポジ型レジスト材料
として使用できる。したがって、上記化合物(A)を用
いてレジスト膜を形成するには、上記化合物(A)を溶
媒に溶解させ、スピナー等で薄膜形成させることによっ
て得られる。その際使用する溶媒としては、ジエチルエ
ーテル、ジオキサン、テトラヒドルフラン、ジメトキシ
エタン、ジグライム等のエーテル類、ペンタン、ヘキサ
ン、シクロヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素、ベ
ンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、ジメチルスルホ
キシド、N,N−ジメチルホルムアミド、ヘキサメルホ
スホリックトリアミド等の非プロトン性極性溶媒等の化
合物(A)を溶解せしめる液体を用いることができる。
溶媒の濃度は体積で化合物(A)の0.1ないし100
0倍が好ましく、より好ましくは1ないし20倍量であ
る。溶媒の相対量が多くなると一般に膜は薄くなる。
線などの照射により容易に解重合し、パターンを形成す
る。現像に用いる溶媒は水、メタノール、エタノール、
プロパノールなどのアルコール類、メチルエチルケトン
等のケトン類、ベンゼンやトルエン等の炭化水素類など
が用いられる。また、真空下で電子線、X線等を照射す
る場合は、現像剤を用いなくてもパターンが得られる。
が、これらの実施例は本発明の範囲を何ら限定するもの
ではない。 実施例1 構造式(D)のサンプル1の合成
下、テトラヒドロフラン8.2ml、sec−ブチルリ
チュウムのヘキサン溶液0.34ml及びα−メチルス
チレン1.3mlを加え30分間重合させる。この溶媒
にアセトン2mlを加え、さらに3分間反応させた。こ
の溶媒を大過剰のメタノールに添加し、ポリマーを得
た。ポリマーは定量的に得られた。ゲルパーミエーショ
ンクロマトグラフィー(GPC)から求めた分子量及び
分子量分布はそれぞれ5000及び1.08であった。
のテトラヒドロフラン(THF)溶液3mlを用いるこ
と以外、実施例1と全く同様の条件でポリマーを合成し
た。ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GP
C)から求めた分子量及び分子量分布はそれぞれ500
0及び1.08であった。
性 実施例3 実施例1で得られたサンプル1の10%トルエン溶液を
スピンコートして0.5μmに製膜し、走査電子顕微鏡
にて20Kevで電子線照射を行った。40%メタノー
ル含有メチルエチルケトンで現像し、感度特性曲線(図
1)を求めたところ、50%残存膜厚時における電子線
照射強度は35μC/cm2、その傾き(γ)は4.0
であった。
3と全く同様に電子線描画特性を検討した。図2の感度
特性曲線より、50%残存膜厚時における電子線照射強
度は3μC/cm2、その傾き(γ)は4.0であっ
た。
は天井温度が低く、光や電子線に対して分解性を示すこ
とが知られているが、同時に架橋反応が併発し、必ずし
もポジ型レジストとして高い性能を示していない。ここ
で本発明のように定量的に炭素原子1つを介してポリマ
ー主鎖の末端4級炭素に非共有電子対を有する官能基を
導入することによって、高効率で電子線に対して応答
し、その末端から定量的に分解が進行する系が達成でき
る。さらに、ポリ(α−メチルスチレン)の様にガラス
転移点が高く、分子の摂動が抑制される系でなおかつ分
子量分布が低いため、そのような系においては解像度が
極めて高く、高次の微細加工技術を必要とする半導体分
野で有用な材料となる。
線
線
Claims (4)
- 【請求項1】 下記の構造式(A)で表されるポリマー
主鎖の末端4級炭素に炭素原子1つを介して非共有電子
対を有する官能基を導入した末端官能基を有する高分子
化合物。 【化1】 [式中、Rは任意の開始剤断片を示す。R1、は水素ま
たは有機シリル基、有機シロキシ基、R2、R3及びR4
は水素または炭素数1から10のアルキル基、アリール
基、アラルキル基を表す。Xは、N、Sのような非共有
電子対を有する置換基を示す。nは5〜10000の整
数を表す。] - 【請求項2】 下記の構造式(B)で表されるポリ(α
−メチルスチレン)骨格を有する請求項1に記載の高分
子化合物。 【化2】 [式中、R、R2、R3、R4、X及びnは上述と同
じ。] - 【請求項3】 ビニルモノマーを有機金属系開始剤の存
在下でイオン重合した後、ケトン、イミン、2硫化炭
素、ハロメチルエーテル、ハロメチルスルフィドを付加
或いは縮合させポリマー主鎖の末端4級炭素に炭素原子
1つを介して非共有電子対を有する官能基を導入したこ
とを特徴とする化学式(A)で表される高分子化合物の
製造方法。 【化3】 [式中、R、R1、R2、R3、R4、X及びnは上述と同
じ。] - 【請求項4】化学式(A)で表される化合物を用いた可
視光、紫外光、電子線、X線用ポジ型レジスト材料。 【化4】 [式中、Rは任意の開始剤断片を示す。R 1 、は水素ま
たは有機シリル基、有機シロキシ基、R 2 、R 3 及びR 4
は水素または炭素数1から10のアルキル基、アリール
基、アラルキル基を表す。Xは、O、N、Sのような非
共有電子対を有する置換基を示す。nは5〜10000
の整数を表す。]
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JP18687297A JP3536194B2 (ja) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | 末端に非共有電子対を有する官能基を導入した高分子化合物、その製造方法及び該高分子化合物を使用したポジ型レジスト材料 |
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JPH1129612A JPH1129612A (ja) | 1999-02-02 |
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