JPH0158496B2 - - Google Patents

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JPH0158496B2
JPH0158496B2 JP12471983A JP12471983A JPH0158496B2 JP H0158496 B2 JPH0158496 B2 JP H0158496B2 JP 12471983 A JP12471983 A JP 12471983A JP 12471983 A JP12471983 A JP 12471983A JP H0158496 B2 JPH0158496 B2 JP H0158496B2
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JP
Japan
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radiation
polymer
aldehyde
alkali
silicon
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Application number
JP12471983A
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Japanese (ja)
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JPS6017444A (en
Inventor
Kazuo Nate
Takashi Inoe
Ataru Yokono
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6017444A publication Critical patent/JPS6017444A/en
Publication of JPH0158496B2 publication Critical patent/JPH0158496B2/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
    • G03F7/0758Macromolecular compounds containing Si-O, Si-C or Si-N bonds with silicon- containing groups in the side chains

Description

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

〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体素子、磁気バブルメモリ素
子、集積回路等の製造に必要な微細パターン形成
等に使用される電子線、X線、イオンビーム等の
放射線に感応性を示す放射線感応性樹脂組成物に
関するものである。 〔発明の背景〕 従来、半導体素子、磁気バブルメモリ素子、集
積回路等の電子部品を製造するためのパターン形
成法には、紫外線又は可視光線に感応するフオト
レジストを利用する方法が広く実用に供されてい
る。 近年、半導体素子等の高密度化、高集積化を計
るために、1μm以下の幅のパターンを形成する
方法が要求されている。しかしながら、前記の紫
外線又は可視光線を使用する方法では、その光の
固有な性質である回折、散乱及び干渉等により、
1μm以下の幅のパターンを精度よく形成するこ
とは極めて困難であり、同時に歩留りの低下も著
しいので、該方法は1μm以下の幅のパターンの
形成する方法としては不適である。 これに対処して、前記のフオトリソグラフイに
代つて、電子線、X線、イオンビーム等の高エネ
ルギーの放射線を用いるリソグラフイ技術が開
発、研究され、これに伴なつて上記放射線に対し
て感応性を示す材料が種々検討されている。本発
明の対象とする放射線感応性樹脂組成物も上述の
材料であり、以下、放射線感応性樹脂組成物を、
一般に従来のフオトレジストと区分して称呼され
ているように「電子線レジスト」と略称する。 電子線レジストにも、放射線の照射によつて高
分子鎖の切断作用を誘発して、その被照射部分が
現像液に可溶性となつてパターンを形成するポジ
形のものと、放射線の照射によつて架橋反応を誘
起して、その被照射部分が現像液に不溶性となつ
てパターンを形成するネガ形のものがある。ポジ
形の電子線レジストの例として、ポリ(メタクリ
ル酸メチル)、ポリ(1−ブテンスルホン)等が
挙げられるが、ポジ形レジストは、フオトレジス
トにおける場合とほぼ同様に、ネガ形レジストに
較べて、入射光の反射、散乱によるパターンの乱
れを軽減することができる等により、高解像度の
パターンを生成する微細加工用レジストとして優
れている。 しかしながら、前記の例示のものを含めて従来
のポジ形電子線レジストは、ネガ形のものに比し
その感度が1/10乃至1/1000と低く、その結果パタ
ーン形成に要する時間が長くなり、生産性の点で
実用性に乏しいものであつた。また、ポジ形電子
線レジストは、ネガ形のものに比し、耐ドライエ
ツチング性の点で劣り、その向上が望まれてい
た。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、電子線、X線、イオンビーム等の高エネル
ギー放射線に対して高い感応性を有し、且つ耐ド
ライエツチング性の優れた放射線感応性樹脂組成
物、特に放射線照射により被照射部分がアルカリ
可溶となる前記特性を有するポジ形放射線感応性
樹脂組成物を提供するにある。 〔発明の概要〕 本発明による放射線感応性樹脂組成物は、含シ
リコンアルデヒド系重合体とアルカリ可溶性重合
体を主成分として含有することを特徴とする。 ポリエーテル型構造を有するアルデヒド系重合
体は、電子線、X線、イオンビーム等の高エネル
ギーの放射線の照射によつて高分子鎖が連鎖的に
崩壊し、放射線放射と同時に飛散する。従つて、
本発明の放射線感応性樹脂組成物(前述の如く、
電子線レジストと略称する。以下同じ)に放射線
を照射すると、被照射部分にはアルカリ可溶性重
合体のみが残存することになり、アルカリ現像を
実施することにより、被照射部分のみが選択的に
溶解し、ポジ形のレジストパターンが得られる。 一般に、脂肪族アルデヒドの単独重合体は結晶
性が高いために、多くの有機溶媒に対して難溶性
であり、レジスト材料として使用できない。脂肪
族アルデヒド類の2種以上の混合物をアニオン重
合させることにより、溶解性の改良されたアルデ
ヒド共重合体が得られることが知られている。こ
のアルデヒド共重合体が電子線レジストとして使
用し得ることが見出されている(例えば、田中
他、高化、20、694、1963)。しかしながら、通常
の脂肪族アルデヒド共重合体では、アルカリ可溶
性重合体と相溶するものは得られない。 アルデヒド系重合体を主成分とする電子線レジ
ストにおいて重要なことは、(1)アルデヒド系重合
物が放射線照射により、容易に分解し、ガス化す
ることと、(2)アルデヒド重合体とアルカリ可溶性
重合体との相溶性が良いこと、の2点である。 本発明者等は、種々研究の結果、シリコン原子
を含有する脂肪族アルデヒドを重合させることに
より得られるアルデヒド重合体が有機溶媒に対す
る溶解性に優れ、アルカリ可溶性重合体との相溶
性に優れ、且つ、放射線感応性も高く、レジスト
材料として優れていることを見出した。即ち、ア
ルデヒド系重合体中にシリコン原子が含有される
ことにより、電子線、X線等の放射線吸収性が大
きくなり、極めて高感度なレジスト材料となると
共に、アルデヒド系重合体の有機溶媒に対する溶
解性が著しく向上し、アルカリ可溶性重合体と相
溶する。また、本発明の電子線レジストにおいて
は、未照射の状態では、アルデヒド系重合体がア
ルカリ可溶性重合体のアルカリによる溶解を禁止
していて、放射線照射することによりアルデヒド
系重合物が飛散し、被照射部がアルカリ可溶とな
る。 次に、本発明の組成物の主成分の一つである。
含シリコンアルデヒド系重合体について述べる。
この含シリコンアルデヒド系重合体は、アルカリ
可溶性重合体との相溶性の点から、通常、共重合
体として使用される。即ち、含シリコンアルデヒ
ド系重合体は、シリコン原子を少なくとも1個以
上含有する脂肪族アルデヒド単量体と、シリコン
原子を含有しない脂肪族アルデヒド単量体を、ア
ニオン重合により共重合させることにより得られ
る。 前記脂肪族アルデヒド単量体としては、一般式
R−CHOで示され、Rがシリコン原子を含有す
る、又は含有しないアルキル基、ハロゲン化アル
キル基、アルアルキル基又はハロゲン化アルアル
キル基である脂肪族アルデヒド類が挙げられる。
上記のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アル
アルキル基及びハロゲン化アルアルキル基におけ
るアルキルの炭素数は1乃至8が好ましい。 本発明の組成物の主成分の一つの含シリコンア
ルデヒド系重合体をアニオン重合により得る際に
用いる重合触媒としては、ジメチルアルミニウム
(ジフエニル)アミド(CH32−Al−N10
(C6H52、ジエチルアルミニウム(ジフエニル)
アミド(C2H52−Al−N(C6H52、エチルアル
ミニウムビス(ジフエニル)アミド(C2H5)−Al
−〔N(C6H522、エチル亜鉛(ジフエニル)ア
ミド(C2H5)−Zn−N(C6H52、エチルマグネシ
ウム(ジフエニル)アミド(C2H5)MgN
(C6H52等が挙げられるが、これらに限定される
ものでない。 なお、触媒量には限定はないが、アルデヒド単
量体混合物に対し、0.1〜5モル%の割合で加え
るのが適当である。 アニオン重合を行なうに当つては、重合媒体は
必ずしも用いる必要がないが、必要とする場合
は、トルエンなどの炭化水素又はエチルエーテル
系の溶媒を使用するのがよい。 また、重合は0℃乃至−100℃の範囲の温度で
行なうことが出来るが、通常は−50℃乃至−80℃
の温度が好適である。 さらに、重合の雰囲気としては、窒素の如き不
活性ガスで充分に器内の空気を置換して行なうの
が良い。 なお、本発明の組成物の一つの主成分の含シリ
コンアルデヒド系重合体の重合方法は何等制限さ
れるものでなく、不活性な有機溶媒に溶解させた
触媒上にアルデヒド単量体混合物を仕込む方法、
アルデヒド単量体自身若しくはその溶液に触媒自
身若しくはその溶液を加える方法等のいずれの方
法を採用しても何ら差しつかえない。 次に、本発明の組成物のもう一つの主成分のア
ルカリ可溶性重合体について述べる。アルカリ可
溶性重合体としては、ノボラツク樹脂(ここで
は、ホルムアルデヒドと石炭酸、クレゾール及び
その他のアルキルフエノールの縮合重合体を意味
する。)、又はポリヒドロキシスチレン樹脂等が挙
げられる。ノボラツク樹脂においては、ホモ縮合
重合体又は共縮合体の形で用いることが可能であ
り、ポリヒドロキシスチレン樹脂においてもホモ
重合体又は共重合体の形で用いることが可能であ
る。(以下、ノボラツク樹脂、ポリヒドロキシス
チレン樹脂で包括する)。これらは単独に用いる
ことの他に、両者の混合物の形で用いても差し支
えない。 ノボラツク樹脂及びポリヒドロキシスチレン樹
脂は市販品として求めることができる。例えば、
ノボラツク樹脂としては、石炭酸ノボラツク樹
脂、クレゾールノボラツク樹脂、石炭酸・クレゾ
ールノボラツク樹脂等がある。ポリヒドロキシス
チレン樹脂としては、ポリパラビニルフエノール
樹脂、臭素化ポリパラビニルフエノール樹脂が挙
げられる。これらのアルカリ可溶性重合体は、目
的に応じて、分子量、共縮合組成比、共重合組成
比を任意に変えることも可能である。レジスト材
料として使用する場合、レジスト膜の成膜性、耐
熱性等を考慮すると、数平均分子量が500〜10000
のものが望ましい。 本発明の組成物の主成分の含シリコンアルデヒ
ド系重合体とアルカリ可溶性重合体との配合割合
は、含シリコンアルデヒド系重合体1乃至99重量
部に対して、アルカリ可溶性重合体99乃至1重量
部の範囲内で用いることが好ましく、更に好まし
くは、含シリコンアルデヒド系重合体5乃至80重
量部に対して、アルカリ可溶性重合体95乃至20重
量部の範囲内で用いることが望ましい。上記した
範囲外の組成物を使用した場合には、放射線感
度、耐ドライエツチング性等のレジスト特性が著
しく悪化することが多く、実用に供し難い。 次に本発明の組成物を半導体素子等のパターン
を形成するために使用する場合の使用法について
説明する。一例をあげると、本発明の組成物をシ
クロヘキサノン等の有機溶媒に溶解させたものが
使用され、通常はスピン塗布法、浸漬塗布法によ
つて素子基板に塗布される。 塗布後、適当な温度条件でプリベークした後所
望のパターンに放射線を照射すると、被照射部分
の含シリコンアルデヒド系重合体が連鎖的に崩壊
して、飛散し、被照射部分にはアルカリ可溶性重
合体のみが残存し、未照射部分では含シリコンア
ルデヒド系重合体がアルカリ可溶性重合体のアル
カリによる溶解を依然として禁止しているので、
被照射部分と未照射部分との間に現像液(アルカ
リ溶液)に対する溶解性の差異が生じ、パターン
形成が可能となる。 現像液のアルカリ溶液の例としては、テトラメ
チルアンモニウムヒドロキシドで代表されるテト
ラアルキルアンモニウムヒドロキシドの水溶液、
第3りん酸ナトリウム、水酸化ナトリウムなどで
代表される無機アルカリの水溶液などが挙げられ
るが、アルカリ性溶液であればよく、上述の例示
のものに限定されない。 現像は浸漬、スプレー現像などの方法によつて
行なうことができる。また、少ない放射線照射量
でレジストパターンを得るためには、放射線照射
した後、現像を行なう前に、100℃前後の温度の
熱処理を行なうことが効果的である。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の組成物の主成分の含シリコンア
ルデヒド系重合体の合成法並びにこのための触媒
及び単量体の合成法の実施例、更に本発明の組成
物の調製及び使用についての実施例を順を追つて
説明する。 実施例 1 (含シリコンアルデヒド系重合体の重合触媒の
ジエチルアルミニウム(ジフエニル)アミド
(C2H52Al−N(C6H52の合成法。) 撹拌器、滴下ロート、三方コツク及び温度計を
付した200mlの四つの口フラスコの内部を充分窒
素で置換した後、これにトルエン33mlと、
(CH3CH23Al14.5g(0.127mol)を窒素気流下
で、三方コツクを通して注射器を用いて導入す
る。 しばらく撹拌して均一な溶液とした後、氷冷下
で、ジフエニルアミン21.4g(0.127mol)をトル
エン40mlに溶かした溶液を徐々に滴下する。滴下
終了後、反応物の温度を60℃に上げ、そのまま2
時間ゆるやかに撹拌して反応を完結させた。 生成したジエチルアルミニウム(ジフエニル)
アミド、(C2H52Al−N(C6H52は、トルエン溶
液のまま三方コツク付容器に、窒素気流下にて貯
蔵した。 実施例 2 (含シリコンアルデヒド単量体の実施例のβ−
トリメチルシリルプロパナールの合成法。) 撹拌器、滴下ロート、温度計及び冷却管を付し
た500mlの四つ口フラスコに、テトラヒドロフラ
ン300ml、細かくつぶしたリチウム3.04g
(0.44mol)、及びトリメチルシリルクロライド
54.25g(0.5mol)を入れ、液温を0℃に保ちな
がら、撹拌下でアクロレイン11.2g(0.2mol)を
約1時間で滴下し、その後、室温で15時間撹拌を
続けた。 反応後、リチウムとリチウムクロライドを別
し、テトラヒドロフランと過剰のトリメチルシリ
ルクロライドを留去した後、減圧蒸留にて
(CH33SiCH2CH=CHOSi(CH33(沸点:100
℃/30mmHg)を得た。更に、これを塩酸−アセ
トン中に室温で1時間放置して加水分解し、減圧
蒸溜によりβ−トリメチルシリルプロパナール
(沸点:60℃/30mmHg)を得た。 実施例 3〜4 (含シリコンアルデヒド系重合体の合成法。) 重合は、三方コツク付重合管を用いて行なつ
た。即ち、約100mlの容量のシリンダー状重合容
器に窒素気流下で、第1表に示す割合の含シリコ
ンアルデヒドモノマー及びシリコンを含まないア
ルデヒドモノマー並びに溶媒としてのトルエン
を、三方コツクを通して注射器を用いて導入し
た。 モノマー溶液の入つた上記容器を氷−水浴で0
℃に冷却し、容器を激しく動かしながら、これに
実施例1で得た触媒(C2H52Al−N(C6H52
モノマー50molに対して1molになるように徐々
に滴下する。 触媒を加えた後、容器をドライアイス・アセト
ン浴で−78℃に冷却し、24時間静置して重合させ
る。重合後、重合混合物はアンモニア性メタノー
ルで処理して触媒を分解した後、メタノール中に
1日間浸漬してからろ別し、メタノールで数回洗
浄して真空乾燥した。 なお、場合によつては、上記実施例とは逆に、
先に重合容器に触媒溶液を導入し、これにモノマ
ー溶液を加えて重合を行なつてもよい。 このようにして合成した各種組成の共重体を第
1表に示す。なお、共重合体の組成比は元素分析
により求めた。また第1表におけるモノマーの略
号TMSPA、PhPA及びBAは、それぞれβ−ト
リメチルシリルプロパナール、β−フエニルプロ
パナール及びブタナールを示す。
[Field of Application of the Invention] The present invention is sensitive to radiation such as electron beams, X-rays, and ion beams used for forming fine patterns necessary for manufacturing semiconductor devices, magnetic bubble memory devices, integrated circuits, etc. The present invention relates to a radiation-sensitive resin composition. [Background of the Invention] Conventionally, methods using photoresists sensitive to ultraviolet or visible light have been widely used in pattern forming methods for manufacturing electronic components such as semiconductor devices, magnetic bubble memory devices, and integrated circuits. has been done. In recent years, in order to increase the density and integration of semiconductor devices, there has been a demand for a method for forming patterns with a width of 1 μm or less. However, in the method using ultraviolet rays or visible rays, due to the inherent properties of the light such as diffraction, scattering, and interference,
It is extremely difficult to accurately form a pattern with a width of 1 μm or less, and at the same time, the yield is significantly reduced, so this method is not suitable for forming a pattern with a width of 1 μm or less. In order to deal with this, lithography techniques using high-energy radiation such as electron beams, Various materials exhibiting sensitivity have been studied. The radiation-sensitive resin composition targeted by the present invention is also the above-mentioned material, and hereinafter, the radiation-sensitive resin composition is
Generally, it is abbreviated as "electron beam resist" to distinguish it from conventional photoresist. There are two types of electron beam resists: positive type, in which irradiation with radiation induces polymer chain scission, and the irradiated area becomes soluble in developer, forming a pattern; There is a negative type that induces a crosslinking reaction and the irradiated area becomes insoluble in the developer, forming a pattern. Examples of positive electron beam resists include poly(methyl methacrylate), poly(1-butenesulfone), etc.; however, in almost the same way as photoresists, positive resists are It is excellent as a resist for microfabrication to generate high-resolution patterns because it can reduce pattern disturbance caused by reflection and scattering of incident light. However, conventional positive electron beam resists, including those exemplified above, have a sensitivity that is 1/10 to 1/1000 lower than that of negative resists, and as a result, the time required for pattern formation is longer. It was impractical in terms of productivity. Furthermore, positive type electron beam resists are inferior to negative type resists in terms of dry etching resistance, and improvements in this property have been desired. [Object of the Invention] The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, to provide a material that has high sensitivity to high-energy radiation such as electron beams, X-rays, and ion beams, and has excellent dry etching resistance. It is an object of the present invention to provide a radiation-sensitive resin composition, particularly a positive radiation-sensitive resin composition having the above-mentioned property that the irradiated portion becomes alkali-soluble upon radiation irradiation. [Summary of the Invention] The radiation-sensitive resin composition according to the present invention is characterized by containing a silicone-containing aldehyde polymer and an alkali-soluble polymer as main components. When an aldehyde polymer having a polyether structure is irradiated with high-energy radiation such as an electron beam, an X-ray, or an ion beam, the polymer chains are broken down in a chain manner, and the polymer chains are scattered at the same time as the radiation is irradiated. Therefore,
The radiation-sensitive resin composition of the present invention (as described above,
It is abbreviated as electron beam resist. When radiation is irradiated to the irradiated area, only the alkali-soluble polymer remains in the irradiated area, and by performing alkaline development, only the irradiated area is selectively dissolved, forming a positive resist pattern. is obtained. In general, homopolymers of aliphatic aldehydes have high crystallinity and are poorly soluble in many organic solvents, so they cannot be used as resist materials. It is known that aldehyde copolymers with improved solubility can be obtained by anionically polymerizing mixtures of two or more aliphatic aldehydes. It has been found that this aldehyde copolymer can be used as an electron beam resist (eg Tanaka et al., Kouka, 20, 694, 1963). However, ordinary aliphatic aldehyde copolymers that are compatible with alkali-soluble polymers cannot be obtained. What is important about electron beam resists containing aldehyde polymers as their main component is that (1) the aldehyde polymers are easily decomposed and gasified by radiation irradiation, and (2) the aldehyde polymers and alkali solubility Two points are that it has good compatibility with the polymer. As a result of various studies, the present inventors have found that aldehyde polymers obtained by polymerizing aliphatic aldehydes containing silicon atoms have excellent solubility in organic solvents, excellent compatibility with alkali-soluble polymers, and It was discovered that it has high radiation sensitivity and is excellent as a resist material. In other words, the inclusion of silicon atoms in the aldehyde polymer increases radiation absorption properties such as electron beams and It has significantly improved properties and is compatible with alkali-soluble polymers. In addition, in the electron beam resist of the present invention, in the unirradiated state, the aldehyde polymer inhibits the alkali-soluble polymer from being dissolved by an alkali, and upon irradiation, the aldehyde polymer scatters and is covered. The irradiated area becomes alkali-soluble. Next, it is one of the main components of the composition of the present invention.
A silicon-containing aldehyde polymer will be described.
This silicon-containing aldehyde-based polymer is usually used as a copolymer from the viewpoint of compatibility with an alkali-soluble polymer. That is, the silicon-containing aldehyde polymer is obtained by copolymerizing an aliphatic aldehyde monomer containing at least one silicon atom and an aliphatic aldehyde monomer containing no silicon atom by anionic polymerization. . The aliphatic aldehyde monomer is a fatty acid represented by the general formula R-CHO, where R is an alkyl group containing or not containing a silicon atom, a halogenated alkyl group, an aralkyl group, or a halogenated aralkyl group. Examples include group aldehydes.
The number of carbon atoms in the alkyl group in the above alkyl group, halogenated alkyl group, aralkyl group, and halogenated aralkyl group is preferably 1 to 8. The polymerization catalyst used when obtaining the silicon-containing aldehyde polymer, which is one of the main components of the composition of the present invention, by anionic polymerization is dimethylaluminum(diphenyl)amide ( CH3 ) 2 -Al- N10.
( C6H5 ) 2 , diethylaluminum (diphenyl)
Amide ( C2H5 ) 2 -Al-N( C6H5 ) 2 , Ethylaluminum bis (diphenyl)amide ( C2H5 )-Al
−[N( C6H5 ) 2 ] 2 , Ethylzinc ( diphenyl)amide(C2H5 ) -Zn-N( C6H5 ) 2 , Ethylmagnesium( diphenyl )amide( C2H5 )MgN
Examples include, but are not limited to, (C 6 H 5 ) 2 and the like. Although there is no limit to the amount of the catalyst, it is appropriate to add the catalyst in an amount of 0.1 to 5 mol% relative to the aldehyde monomer mixture. When performing anionic polymerization, it is not necessary to use a polymerization medium, but if necessary, it is preferable to use a hydrocarbon such as toluene or an ethyl ether solvent. Additionally, polymerization can be carried out at a temperature in the range of 0°C to -100°C, but usually -50°C to -80°C.
A temperature of . Furthermore, the atmosphere for polymerization is preferably one in which the air in the vessel is sufficiently replaced with an inert gas such as nitrogen. The method of polymerizing the silicone-containing aldehyde-based polymer, which is one of the main components of the composition of the present invention, is not limited in any way, and may include charging an aldehyde monomer mixture onto a catalyst dissolved in an inert organic solvent. Method,
There is no problem in employing any method such as adding the catalyst itself or its solution to the aldehyde monomer itself or its solution. Next, the alkali-soluble polymer, which is another main component of the composition of the present invention, will be described. Examples of the alkali-soluble polymers include novolac resins (here, meaning condensation polymers of formaldehyde, carbolic acid, cresol, and other alkylphenols), polyhydroxystyrene resins, and the like. Novolac resins can be used in the form of homopolymer or copolymer, and polyhydroxystyrene resin can also be used in the form of homopolymer or copolymer. (hereinafter referred to as novolak resin and polyhydroxystyrene resin). These may be used alone or in the form of a mixture of both. Novolac resins and polyhydroxystyrene resins are commercially available. for example,
Examples of the novolak resin include carbolic acid novolak resin, cresol novolak resin, and carbolic acid/cresol novolak resin. Examples of the polyhydroxystyrene resin include polyparavinylphenol resin and brominated polyparavinylphenol resin. The molecular weight, cocondensation composition ratio, and copolymerization composition ratio of these alkali-soluble polymers can be arbitrarily changed depending on the purpose. When used as a resist material, the number average molecular weight should be 500 to 10,000, considering the resist film formability, heat resistance, etc.
Preferably. The blending ratio of the silicon-containing aldehyde-based polymer and the alkali-soluble polymer, which are the main components of the composition of the present invention, is 99 to 1 part by weight of the alkali-soluble polymer to 1 to 99 parts by weight of the silicon-containing aldehyde-based polymer. It is preferable to use the alkali-soluble polymer in an amount of 95 to 20 parts by weight per 5 to 80 parts by weight of the silicon-containing aldehyde polymer. When a composition outside the above range is used, resist properties such as radiation sensitivity and dry etching resistance often deteriorate significantly, making it difficult to put it into practical use. Next, a method of using the composition of the present invention to form a pattern of a semiconductor device or the like will be explained. For example, the composition of the present invention dissolved in an organic solvent such as cyclohexanone is used, and is usually applied to an element substrate by spin coating or dip coating. After coating, pre-baking under appropriate temperature conditions and irradiating the desired pattern with radiation causes the silicon-containing aldehyde polymer in the irradiated area to disintegrate and scatter, leaving the irradiated area with an alkali-soluble polymer. In the unirradiated area, the silicone-containing aldehyde-based polymer still prohibits the alkali-soluble polymer from being dissolved by the alkali.
A difference in solubility in a developing solution (alkaline solution) occurs between the irradiated area and the unirradiated area, making it possible to form a pattern. Examples of alkaline solutions for developers include aqueous solutions of tetraalkyl ammonium hydroxide such as tetramethylammonium hydroxide;
Examples include aqueous solutions of inorganic alkalis such as tertiary sodium phosphate and sodium hydroxide, but any alkaline solution may be used and the solution is not limited to the above-mentioned examples. Development can be carried out by methods such as immersion and spray development. Furthermore, in order to obtain a resist pattern with a small amount of radiation irradiation, it is effective to perform heat treatment at a temperature of about 100° C. after radiation irradiation and before development. [Examples of the Invention] Hereinafter, examples of the synthesis method of the silicon-containing aldehyde-based polymer, which is the main component of the composition of the present invention, and the synthesis method of the catalyst and monomer therefor, as well as the preparation of the composition of the present invention, will be described. Embodiments of the invention and its use will be explained step by step. Example 1 (Synthesis method of diethylaluminum (diphenyl)amide (C 2 H 5 ) 2 Al-N (C 6 H 5 ) 2 as a polymerization catalyst for a silicon-containing aldehyde polymer.) Stirrer, dropping funnel, three-way pot After purging the inside of a 200 ml four-necked flask with a thermometer sufficiently with nitrogen, add 33 ml of toluene to it.
14.5 g (0.127 mol) of (CH 3 CH 2 ) 3 Al is introduced using a syringe through a three-way pot under a nitrogen stream. After stirring for a while to form a homogeneous solution, a solution of 21.4 g (0.127 mol) of diphenylamine dissolved in 40 ml of toluene was gradually added dropwise under ice cooling. After the dropwise addition was completed, the temperature of the reactant was raised to 60℃, and the temperature was continued for 2 hours.
The reaction was completed by stirring slowly for a while. Diethyl aluminum (diphenyl) produced
The amide (C 2 H 5 ) 2 Al-N(C 6 H 5 ) 2 was stored as a toluene solution in a container with a three-sided container under a nitrogen stream. Example 2 (β- of the example of silicon-containing aldehyde monomer
Synthesis method of trimethylsilylpropanal. ) In a 500 ml four-necked flask equipped with a stirrer, dropping funnel, thermometer, and condenser, add 300 ml of tetrahydrofuran and 3.04 g of finely crushed lithium.
(0.44mol), and trimethylsilyl chloride
54.25 g (0.5 mol) was added thereto, and while the liquid temperature was maintained at 0° C., 11.2 g (0.2 mol) of acrolein was added dropwise over about 1 hour while stirring, and then stirring was continued at room temperature for 15 hours. After the reaction, lithium and lithium chloride were separated, tetrahydrofuran and excess trimethylsilyl chloride were distilled off, and then (CH 3 ) 3 SiCH 2 CH=CHOSi(CH 3 ) 3 (boiling point: 100
°C/30mmHg). Further, this was hydrolyzed by standing in hydrochloric acid-acetone at room temperature for 1 hour, and β-trimethylsilylpropanal (boiling point: 60°C/30mmHg) was obtained by distillation under reduced pressure. Examples 3 to 4 (Synthesis method of silicone aldehyde-containing polymer) Polymerization was carried out using a polymerization tube with a three-way socket. That is, into a cylindrical polymerization container with a capacity of about 100 ml under a nitrogen stream, silicon-containing aldehyde monomers and silicon-free aldehyde monomers in the proportions shown in Table 1, and toluene as a solvent were introduced using a syringe through a three-sided pot. did. The above container containing the monomer solution was heated to zero in an ice-water bath.
The catalyst (C 2 H 5 ) 2 Al-N (C 6 H 5 ) 2 obtained in Example 1 was gradually added to the container while cooling to 1 mol to 50 mol of the monomer. Drip. After adding the catalyst, the container is cooled to -78°C in a dry ice/acetone bath and allowed to stand for 24 hours for polymerization. After polymerization, the polymerization mixture was treated with ammoniacal methanol to decompose the catalyst, and then immersed in methanol for 1 day, filtered, washed several times with methanol, and dried under vacuum. In some cases, contrary to the above embodiment,
The catalyst solution may be introduced into the polymerization container first, and the monomer solution may be added thereto to carry out the polymerization. Table 1 shows copolymers of various compositions synthesized in this way. The composition ratio of the copolymer was determined by elemental analysis. Furthermore, the monomer abbreviations TMSPA, PhPA and BA in Table 1 represent β-trimethylsilylpropanal, β-phenylpropanal and butanal, respectively.

【表】 実施例 5 (本発明の組成物の調製及び使用について。) 実施例3で得たβ−トリメチルシリルプロパナ
ールとβ−フエニルプロパナールとの共重合体2
重量部と、ポリ−p−ビニルフエノール樹脂(分
子量約4000)8重量部とを、シクロヘキサノンに
溶解させ、1重量%のレジスト溶液を作成した。 つづいて、上記レジスト溶液をシリコンウエハ
上に塗布し、80℃で20分間プリベークして1.5μm
厚の高分子被膜を形成させた。これを電子線照射
装置内に入れ、真空中加速電圧20KVの電子線に
よつて部分的に照射量の異なる照射を行なつた。 その後、テトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ドの1重量%水溶液で約30秒間現像し、水洗し
た。種々の異なる照射量で照射した箇所につい
て、薄膜段差計を用いて残存高分子被膜の膜厚を
測定し、残存膜厚(規格化)を電子線照射量(ク
ーロン/cm2)に対してプロツトし、感電子線特性
を示す照射特性曲線を求めた。 これより残膜率が零となる最小照射量を求めた
ところ、2×10-6クーロン/cm2であり、極めて高
感度なポジ形レジストであることが確認された。
例えば、代表的ポジ形レジストであるポリメタク
リル酸メチルの電子線感度は1×10-4クーロン/
cm2であり、この本発明の実施例のポジ形レジスト
材料はポリメタクリル酸メチルに比し、約2桁高
い感度を示すことが確認された。 次に、アルゴンのイオンミリングに対する耐性
について求めたところ、600V、0.5Aのイオンミ
リング条件及び2.0×10-4Torrのガス圧の場合に、
このレジスト材料の膜減少速度は200Å/minで
あつた。 一方、代表的なポジ形レジストであるポリメタ
クリル酸メチルの膜減少速度は500Å/minであ
り、このレジスト材料はドライエツチングに対し
て高い耐性を示すことが確認された。 実施例 6〜11 (本発明の組成物の調製及び使用について。) 実施例3及び4で得たβ−トリメチルシリルプ
ロパナールの共重合体とアルカリ可溶性重合体と
を、第2表で示す重量割合でシクロヘキサンに溶
解し、約1重量%の本発明によるレジスト溶液を
作成した。これをシリコンウエハ上に塗布し、80
℃で20分間、プリベークして約2μm厚の高分子
被膜を形成させた。 次いで、加速電圧20KVの電子線又は10KWの
軟X線(Molα)を照射し、実施例5と同様にし
て電子線感度又は軟X線感度を求めた。併せて、
アルゴンのイオンミリングに対する耐性も求め
た。これらの結果をまとめて第2表に示す。
[Table] Example 5 (Regarding the preparation and use of the composition of the present invention) Copolymer 2 of β-trimethylsilylpropanal and β-phenylpropanal obtained in Example 3
parts by weight and 8 parts by weight of poly-p-vinylphenol resin (molecular weight approximately 4000) were dissolved in cyclohexanone to prepare a 1% by weight resist solution. Next, the above resist solution was applied onto a silicon wafer and prebaked at 80°C for 20 minutes to form a 1.5 μm film.
A thick polymer film was formed. This was placed in an electron beam irradiation device, and irradiation was performed in a vacuum with an electron beam at an acceleration voltage of 20 KV at different doses. Thereafter, it was developed with a 1% by weight aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide for about 30 seconds and washed with water. The thickness of the remaining polymer film was measured using a thin-film step meter for the areas irradiated with various different doses, and the remaining film thickness (normalized) was plotted against the electron beam irradiation dose (coulombs/cm 2 ). Then, an irradiation characteristic curve showing the electron beam sensitivity characteristics was obtained. From this, the minimum irradiation dose at which the residual film rate would be zero was determined to be 2×10 -6 coulombs/cm 2 , confirming that it is an extremely sensitive positive resist.
For example, the electron beam sensitivity of polymethyl methacrylate, a typical positive resist, is 1×10 -4 coulomb/
cm 2 , and it was confirmed that the positive resist material of this example of the present invention exhibits a sensitivity that is approximately two orders of magnitude higher than that of polymethyl methacrylate. Next, we investigated the resistance to argon ion milling, and found that under ion milling conditions of 600V, 0.5A, and gas pressure of 2.0×10 -4 Torr.
The film reduction rate of this resist material was 200 Å/min. On the other hand, the film reduction rate of polymethyl methacrylate, a typical positive resist, was 500 Å/min, and it was confirmed that this resist material exhibits high resistance to dry etching. Examples 6 to 11 (Regarding the preparation and use of the compositions of the present invention) The β-trimethylsilylpropanal copolymers obtained in Examples 3 and 4 and the alkali-soluble polymer were mixed in weight proportions shown in Table 2. was dissolved in cyclohexane to prepare a resist solution of about 1% by weight according to the present invention. Coat this on a silicon wafer and
It was prebaked at ℃ for 20 minutes to form a polymer film about 2 μm thick. Next, an electron beam with an accelerating voltage of 20 KV or a soft X-ray (Molα) of 10 KW was irradiated, and the electron beam sensitivity or soft X-ray sensitivity was determined in the same manner as in Example 5. together,
Resistance to argon ion milling was also determined. These results are summarized in Table 2.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明による放射線感応性樹脂組成物は、以上
の如く構成され、且つ使用され、優れた特性を示
す。即ち、電子線、X線、イオンビーム等の放射
線に対して高感度であり、ドライエツチングに対
する耐性が優れている。更に、本発明による組成
物は放射線照射により被照射部分がアルカリ可溶
となり、ポジ形のパターンを形成するので、高解
像度のパターンを形成するポジ形電子線レジスト
として優れた性能を有する。従つて、本発明によ
る組成物は、半導体素子、磁気バブルメモリ素
子、集積回路等の電子部品を製造するためのパタ
ーン形成に使用して、顕著な効果を挙げることが
できる。
The radiation-sensitive resin composition according to the present invention is constructed and used as described above, and exhibits excellent properties. That is, it is highly sensitive to radiation such as electron beams, X-rays, and ion beams, and has excellent resistance to dry etching. Further, the composition according to the present invention becomes alkali-soluble in the irradiated area by radiation irradiation and forms a positive pattern, so it has excellent performance as a positive electron beam resist that forms a high-resolution pattern. Therefore, the composition according to the present invention can be used to form patterns for manufacturing electronic components such as semiconductor devices, magnetic bubble memory devices, integrated circuits, etc., with remarkable effects.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 含シリコンアルデヒド系重合体とアルカリ可
溶性重合体とを主成分として含有することを特徴
とする放射線感応性樹脂組成物。 2 前記含シリコンアルデヒド系重合体が、シリ
コン原子を少なくとも1個以上含有する脂肪族ア
ルデヒド単量体と、シリコン原子を含有しない脂
肪族アルデヒド単量体との共重合体である特許請
求の範囲第1項の放射線感応性樹脂組成物。 3 前記脂肪族アルデヒド単量体が一般式R−
CHOで示され、Rがシリコン原子を含有する、
又は含有しないアルキル基、ハロゲン化アルキル
基、アルアルキル基又はハロゲン化アルアルキル
基である特許請求の範囲第2項の放射線感応性樹
脂組成物。 4 前記アルキル基、ハロゲン化アルキル基、ア
ルアルキル基及びハロゲン化アルアルキル基にお
けるアルキルの炭素数が1乃至8である特許請求
の範囲第3項の放射線感応性樹脂組成物。 5 前記アルカリ可溶性重合体がノボラツク樹
脂、若しくはポリヒドロキシスチレン樹脂、又は
両者の混合物である特許請求の範囲第1項の放射
線感応性樹脂組成物。 6 前記含シリコンアルデヒド系重合体とアルカ
リ可溶性重合体の含有割合が1:99乃至99:1、
好ましくは5:95乃至80:20である特許請求の範
囲第1項の放射線感応性樹脂組成物。 7 前記含シリコンアルデヒド系重合体が、β−
トリメチルシリルプロパナールと脂肪族アルデヒ
ド単量体との共重合体である特許請求の範囲第4
項の放射線感応性樹脂組成物。
[Scope of Claims] 1. A radiation-sensitive resin composition comprising a silicone-containing aldehyde polymer and an alkali-soluble polymer as main components. 2. The silicon-containing aldehyde polymer is a copolymer of an aliphatic aldehyde monomer containing at least one silicon atom and an aliphatic aldehyde monomer containing no silicon atom. The radiation-sensitive resin composition of item 1. 3 The aliphatic aldehyde monomer has the general formula R-
represented by CHO, R contains a silicon atom,
The radiation-sensitive resin composition according to claim 2, which contains no alkyl group, halogenated alkyl group, aralkyl group, or halogenated aralkyl group. 4. The radiation-sensitive resin composition according to claim 3, wherein the alkyl in the alkyl group, halogenated alkyl group, aralkyl group, and halogenated aralkyl group has 1 to 8 carbon atoms. 5. The radiation-sensitive resin composition according to claim 1, wherein the alkali-soluble polymer is a novolak resin, a polyhydroxystyrene resin, or a mixture of both. 6 The content ratio of the silicon-containing aldehyde polymer and the alkali-soluble polymer is 1:99 to 99:1,
The radiation-sensitive resin composition according to claim 1, wherein the ratio is preferably 5:95 to 80:20. 7 The silicon-containing aldehyde polymer is β-
Claim 4, which is a copolymer of trimethylsilylpropanal and an aliphatic aldehyde monomer
2. Radiation-sensitive resin composition.
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