JPH06123972A - Positive resist material - Google Patents

Positive resist material

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JPH06123972A
JPH06123972A JP4300374A JP30037492A JPH06123972A JP H06123972 A JPH06123972 A JP H06123972A JP 4300374 A JP4300374 A JP 4300374A JP 30037492 A JP30037492 A JP 30037492A JP H06123972 A JPH06123972 A JP H06123972A
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JP
Japan
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resist material
group
poly
hydroxystyrene
positive resist
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Application number
JP4300374A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Fujio Yagihashi
不二夫 八木橋
Atsushi Watanabe
淳 渡辺
Minoru Takamizawa
稔 高見沢
Haruyori Tanaka
啓順 田中
Yoshio Kawai
義夫 河合
Korehito Matsuda
維人 松田
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.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPH06123972A publication Critical patent/JPH06123972A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a positive resist material for a high energy ray having high sensitivity, high resolution and excellent process adaptability which has not been realized in conventional materials. CONSTITUTION:This positive resist material contains poly(hydroxystyrene) resin (a) in which t-butoxycarbonyl group is substituted for hydrogen atoms in a part of hydroxyl groups, dissolution preventing agent (b), and onium salt (c) with weight proportion of 0.55<=a, 0.07<=0.40 and 0.005<=c<=0.15 satisfying a+b+c=1. This resist material can be developed with an alkali aq. soln. and reacts to high energy rays. The dissolution preventing agent (b) has one or more t-butoxycarbonyloxy groups in one molecule. The onium salt (c) is expressed by general formula (R)nAM, wherein R is an aromatic or substd. aromatic group, and each R may be the same or different, A is sulfonium or iodonium, M is xylate group.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はポジ型レジスト材料に関
し、特に、遠紫外線、電子線及びX線等の高エネルギー
線に対して高い感度を有すると共に、アルカリ水溶液で
現像することのできる、微細加工に適したポジ型レジス
ト材料に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive resist material, and in particular, it has a high sensitivity to high-energy rays such as deep ultraviolet rays, electron beams and X-rays, and can be developed with an alkaline aqueous solution. The present invention relates to a positive resist material suitable for processing.

【0002】[0002]

【従来技術】従来から、LSI(高密度集積回路)の高
集積化と高速度化に伴い、パタンルールの微細化が求め
られているが、通常の光露光技術で用いる光源から放射
される光は波長が長い上単一波長ではないので、パタン
ルールの微細化には限度があった。そこで、超高圧水銀
灯から放射されるg線(波長436nm)或いはi線
(波長365nm)を光源として用いることも行われて
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, with the high integration and high speed of LSIs (high-density integrated circuits), miniaturization of pattern rules has been demanded, but light emitted from a light source used in a normal optical exposure technique is required. Has a long wavelength and is not a single wavelength, so there is a limit to the miniaturization of the pattern rule. Therefore, g-rays (wavelength 436 nm) or i-rays (wavelength 365 nm) emitted from an ultra-high pressure mercury lamp are also used as a light source.

【0003】しかしながら、この場合でも、約0.5μ
mの解像度のパタンルールが限界であり、製作され得る
LSIは、16MビットDRAM程度の集積度のものに
過ぎない。そこで、近年においては、g線やi線よりも
更に波長が短い、遠紫外線を光源として用いた遠紫外線
リソグラフィーが有望視されている。
However, even in this case, about 0.5 μ
The pattern rule of the resolution of m is the limit, and the LSI that can be manufactured is only the degree of integration of about 16 Mbit DRAM. Therefore, in recent years, far-ultraviolet lithography, which uses far-ultraviolet rays as a light source and has a shorter wavelength than g-line and i-line, is regarded as promising.

【0004】遠紫外線リソグラフィーによれば、0.1
〜0.3μmのパタンルールを形成することも可能であ
り、光吸収性の小さいレジスト材料を用いた場合には、
基板に対して垂直に近い側壁を有するパタンを形成する
ことが可能であり、また、一括してパタンを転写するこ
ともできるので、電子線を用いたリソグラフィーよりも
パタン形成処理効率(スループット)が高い点で優れて
いる。また、近年、遠紫外線用の光源として高輝度のK
rFエキシマレーザーを用いることができるようになっ
たことに伴い、該光源を用いてLSIを量産する観点か
ら、特に高感度のレジスト材料を用いることが必要とさ
れている。
According to deep ultraviolet lithography, it is 0.1
It is also possible to form a pattern rule of up to 0.3 μm, and when a resist material having low light absorption is used,
It is possible to form a pattern having a side wall that is nearly vertical to the substrate, and it is also possible to transfer the pattern at once, so that the pattern formation processing efficiency (throughput) is higher than that of lithography using an electron beam. Excellent in high points. Moreover, in recent years, high-intensity K
Since the use of the rF excimer laser has become possible, it is necessary to use a highly sensitive resist material from the viewpoint of mass-producing LSI using the light source.

【0005】そこで、近年、従来の高感度レジスト材料
と同等以上の感度を有する上、解像度及びドライエッチ
ング耐性の高い、酸を触媒として製造される化学増幅型
のレジスト材料が開発され(例えば、リュー(Liu)
等、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アン
ド・テクノロジー(J.Vac.Techno.)、第
B6巻、第379頁、1988年)、既にシプリー(S
hipley)社によってノボラック樹脂とメラミン化
合物及び酸発生剤との三成分から成る、化学増幅型のネ
ガ型レジスト材料(SAL601ER7:シプリー社の
商品名)が商品化されている。
Therefore, in recent years, a chemically amplified resist material has been developed which has sensitivity equal to or higher than that of the conventional high-sensitivity resist material, and has high resolution and high dry etching resistance and which is produced by using an acid as a catalyst (for example, Ryu). (Liu)
Et al., Journal of Vacuum Science and Technology (J. Vac. Techno.), Volume B6, page 379, 1988, Already Shipley (S.
hipley) has commercialized a chemically amplified negative resist material (SAL601ER7: trade name of Shipley), which is composed of three components of a novolac resin, a melamine compound and an acid generator.

【0006】しかしながら、LSIの製造工程において
ネガ型レジスト材料を用いた場合には、配線やゲート部
分を形成させることは容易であるものの、微細加工が必
要とされるコンタクトホールを形成させることは困難で
あるという欠点があった。また、従来提案されている化
学増幅型のポジ型レジスト材料をそのまま用いて遠紫外
線や電子線或いはX線でパタン形成を行った場合には、
レジスト表面の溶解性が低下して現像後のパタンがオー
バーハング状になり易いために、パタンの寸法を制御す
ることが困難となって、ドライエッチングを用いた基板
加工の際の寸法制御性を損なうのみならず、パタの倒壊
を招き易いという欠点があった〔ケー・ジー・チオン
(K.G.Chiong)等、ジャーナル・オブ・バキ
ューム・サイエンス・アンド・テクノロジー、第B7
巻、(6)、第1771頁、1989年〕。
However, when a negative resist material is used in the LSI manufacturing process, it is easy to form wirings and gate portions, but it is difficult to form contact holes that require fine processing. There was a drawback that was. In addition, when patterning is performed with deep ultraviolet rays, electron beams or X-rays using the conventionally proposed chemically amplified positive type resist material as it is,
Since the solubility of the resist surface decreases and the pattern after development tends to overhang, it becomes difficult to control the size of the pattern, and the dimensional controllability during substrate processing using dry etching is improved. It had the drawback of not only damaging it but also causing the collapse of the putter [K. G. Chion et al., Journal of Vacuum Science and Technology, B7].
Vol., (6), p. 1771, 1989].

【0007】そこで、かかる欠点のない、高性能で化学
増幅型のポジ型レジスト材料の開発が強く望まれてい
た。かかる要望に答えて、イトー(Ito)等は、ポリ
ヒドロキシスチレンのOH基をt─ブトキシカルボニル
基で保護したポリ(ブトキシカルボニルオキシスチレ
ン)(PBOCSTという)樹脂にオニウム塩を加え
た、化学増幅型のポジ型レジスト材料を提案している
(ポリマース・イン・エレクトロニクス、エー・シー・
エスシンポジウムシリーズ〔Polymers in
Electoronics,ACS symposiu
m Series)第242回(アメリカ化学会、ワシ
ントンDC.1984年)、第11頁〕。
Therefore, there has been a strong demand for the development of a high-performance, chemically-amplified positive resist material which does not have such drawbacks. In response to such a demand, Ito et al. Have proposed a chemically amplified type in which an onium salt is added to a poly (butoxycarbonyloxystyrene) (called PBOCST) resin in which the OH group of polyhydroxystyrene is protected by t-butoxycarbonyl group. Proposal of positive resist materials (Polymers in Electronics, AC
S symposium series [Polymers in
Electriconics, ACS sympososiu
m Series) 242 (American Chemical Society, Washington DC. 1984), p. 11].

【0008】しかしながら、上記のオニウム塩はアンチ
モンを金属成分として含有しているために、基板を汚染
するという欠点があった。また、上野等は、ポリ(p─
スチレンオキシテトラヒドロピラニル)を主成分とし、
これに酸発生剤を添加してなる遠紫外線用ポジ型レジス
ト材料を提案している(第36回応用物理学会関連連合
講演会、1989年、1p─k─7)。
However, since the above-mentioned onium salt contains antimony as a metal component, it has a drawback of contaminating the substrate. In addition, Ueno et al.
Styreneoxytetrahydropyranyl) as the main component,
A positive type resist material for deep ultraviolet rays obtained by adding an acid generator to this has been proposed (36th Joint Lecture Meeting of Japan Society of Applied Physics, 1989, 1p-k-7).

【0009】しかしながら、上記ポジ型レジスト材料
は、遠紫外線、電子線又はX線に対してポジ型からネガ
型へ反転し易いという欠点があった。上記したような、
OH基を保護基で保護した樹脂と酸発生剤からなる2成
分系のポジ型レジスト材料には、上記の欠点の他に、更
に現像液に溶解させるためには多くの保護基を分解する
必要があるので、LSIの製造工程において、レジスト
の膜厚が変化したり膜内に応力や気泡を発生させ易いと
いう欠点があった。
However, the above positive type resist material has a drawback that it is easy to invert from a positive type to a negative type with respect to deep ultraviolet rays, electron beams or X-rays. As mentioned above,
In addition to the above-mentioned drawbacks, the two-component positive resist composition comprising a resin having an OH group protected by a protecting group and an acid generator requires decomposition of many protecting groups in order to be dissolved in a developing solution. Therefore, in the LSI manufacturing process, there is a drawback that the film thickness of the resist is changed and stress and bubbles are easily generated in the film.

【0010】そこで、上記2成分系のポジ型レジスト材
料の欠点を改善した化学増幅型のポジ型レジスト材料と
して、アルカリ可溶性樹脂、溶解阻害剤及び酸発生剤か
らなる3成分系のポジ型レジスト材料が開発されてい
る。このような3成分系のポジ型レジスト材料として
は、ノボラック樹脂、溶解阻害剤としてのアセタール化
合物及び酸発生剤を添加したレジスト材料(RAY/P
Fレジスト材料:ヘキスト社)が、X線リソグラフィー
用として開発されている。
Therefore, as a chemically amplified positive resist material which has improved the drawbacks of the above two-component positive resist material, a three-component positive resist material comprising an alkali-soluble resin, a dissolution inhibitor and an acid generator is used. Is being developed. As such a three-component positive resist material, a resist material (RAY / P) containing a novolac resin, an acetal compound as a dissolution inhibitor and an acid generator is added.
F resist material: Hoechst) has been developed for X-ray lithography.

【0011】しかしながら、このレジスト材料は室温で
化学増幅を行うので、レジスト感度は、X線露光から現
像するまでの時間に著しく依存する。従って、該時間を
常時厳密にコントロールする必要があるが、そのコント
ロールが困難であるために、パタンの寸法を安定させる
ことができないという欠点がある上、KrFエキシマレ
ーザー光(波長248nm)の吸収が大きいために、該
レーザーを用いたリソグラフィーに使用することは不適
当であるという欠点があった。
However, since this resist material undergoes chemical amplification at room temperature, the resist sensitivity remarkably depends on the time from X-ray exposure to development. Therefore, it is necessary to control the time strictly at all times, but it is difficult to control the time, so that the dimension of the pattern cannot be stabilized, and the absorption of the KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) is not possible. Due to its large size, it has a drawback that it is unsuitable for use in lithography using the laser.

【0012】ところで、化学増幅するためには一般に、
露光後に熱処理を必要とする場合が多い。この場合に
は、室温で化学増幅を行うレジスト材料の場合よりも工
程が増加するものの、露光から現像するまでの間の時間
のコントロールを厳密に行う必要がないために、レジス
ト特性が安定である。
By the way, in general, for chemical amplification,
Heat treatment is often required after exposure. In this case, although the number of steps is increased as compared with the case of a resist material which is chemically amplified at room temperature, it is not necessary to strictly control the time from exposure to development, so that the resist characteristics are stable. .

【0013】また、化学増幅を行う過程で加水分解を行
う系の場合には、加水分解のために水を必要とすること
から、レジスト材料中に水分を含ませることが必要であ
る。しかしながら、レジスト材料を基板に塗布する際に
用いられる溶媒には、一般に酢酸エトキシエチル等の水
に溶解しない有機溶媒を用いる場合が多く、またレジス
ト材料として用いられる樹脂自体も水と相溶しないもの
が多いので、レジスト材料中に水分を含有させることが
難しい上、含有させたとしてもその水分のコントロール
が煩雑となる。
Further, in the case of a system in which hydrolysis is performed in the process of performing chemical amplification, water is required for hydrolysis, so it is necessary to include water in the resist material. However, as the solvent used when applying the resist material to the substrate, an organic solvent that is generally insoluble in water such as ethoxyethyl acetate is often used, and the resin itself used as the resist material is also incompatible with water. Therefore, it is difficult to contain water in the resist material, and even if it is contained, the control of the water becomes complicated.

【0014】これに対し、t─ブトキシカルボニルオキ
シ基の分解反応は、t─ブトキシカルボニルオキシ基と
触媒である酸との2成分で反応が進行し水分を必要とし
ないので、化学増幅を行わせるためには好適である。ま
た、t─ブトキシカルボニルオキシ基を有する化合物の
多くが、ノボラック樹脂の溶解性を阻害する効果を有す
ることから、t─ブトキシカルボニルオキシ基がノボラ
ック樹脂に対して溶解阻害効果を有するということが知
られている。
On the other hand, in the decomposition reaction of the t-butoxycarbonyloxy group, the reaction proceeds with the two components of the t-butoxycarbonyloxy group and the acid which is the catalyst and does not require water, so that chemical amplification is performed. It is suitable for Further, since many compounds having a t-butoxycarbonyloxy group have an effect of inhibiting the solubility of the novolak resin, it is known that the t-butoxycarbonyloxy group has a dissolution inhibiting effect on the novolak resin. Has been.

【0015】このような観点から、シュレゲル(Sch
legel)等は、ノボラック樹脂、ビスフェノールA
にt─ブトキシカルボニル基を導入した溶解阻害剤、及
びピロガロールメタンスルホン酸エステルからなる3成
分系のポシ型レジスト材料を提案している(1990年
春李、第37回応用物理学会関連連合講演会、28p─
ZE─4)。しかしながら、この場合には、ノボラック
樹脂の光吸収が大きいために実用化することが困難であ
る。
From such a viewpoint, Schlegel (Sch
legel) is a novolac resin, bisphenol A
We have proposed a three-component posi type resist material consisting of a dissolution inhibitor with a t-butoxycarbonyl group introduced into it and pyrogallol methanesulfonate (Spring Lee 1990, The 37th Annual Meeting of the Japan Society for Applied Physics). , 28p-
ZE-4). However, in this case, it is difficult to put it into practical use because the light absorption of the novolac resin is large.

【0016】また、シュウォーム(Schwalm)等
は、溶解阻害剤と酸発生剤とを兼ねた材料としてビス
(p─t─ブトキシカルボニルオキシフェニル)ヨード
ニウムヘキサフルオロアンチモネートを開発し〔ポリマ
ー・フォア・マイクロエレクトロニクス(polyme
r for Microelectronics)、東
京、1989年、セッションA38〕、これをノボラッ
ク樹脂に混合した遠紫外線用ポジ型レジスト材料を提案
している。しかしながら、上記のポジ型レジスト材料
は、ノボラック樹脂の光吸収も大きい上、金属を含有す
ることから、実用化が困難であるという欠点があった。
Further, Schwarm et al. Have developed bis (pt-butoxycarbonyloxyphenyl) iodonium hexafluoroantimonate as a material that serves as both a dissolution inhibitor and an acid generator [Polymer Fore Microelectronics
r for Microelectronics), Tokyo, 1989, Session A38], and proposes a positive resist material for deep ultraviolet rays in which this is mixed with a novolac resin. However, the above-mentioned positive resist material has a drawback that it is difficult to put into practical use because the novolak resin has a large light absorption and contains a metal.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】そこで、従来の高エネ
ルギー線用の化学増幅型ポジ型レジスト材料の欠点を解
決すべく鋭意研究した結果、本発明者等は特定の樹脂と
溶解阻害剤及びオニウム塩を組み合わせることによっ
て、従来にない高感度、高解像性及び優れたプロセス適
性を有する高エネルギー線用ポジ型レジスト材料を製造
することができることを見出し本発明に到達した。従っ
て、本発明の目的は、従来にない高感度、高解像性及び
優れたプロセス適性を有する高エネルギー線用ポジ型レ
ジスト材料を提供することにある。
Therefore, as a result of intensive studies to solve the drawbacks of the conventional chemically amplified positive resist materials for high energy rays, the present inventors have found that a specific resin, a dissolution inhibitor, and an onium are used. The inventors have found that a high-energy ray positive resist material having unprecedentedly high sensitivity, high resolution, and excellent process suitability can be produced by combining a salt, and arrived at the present invention. Therefore, an object of the present invention is to provide a positive resist material for high energy rays, which has unprecedentedly high sensitivity, high resolution and excellent process suitability.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的は、
一部の水酸基の水素原子がt─ブトキシカルボニル基で
置換されたポリ(ヒドロキシスチレン)樹脂a、溶解阻
害剤b及びオニウム塩cを、夫々重量分率で0.55≦
a、0.07≦b≦0.40、0.005≦c≦0.1
5並びにa+b+c=1となるように含有すると共に、
アルカリ水溶液で現像することが可能な、高エネルギー
線に感応するポジ型レジスト材料であって、前記溶解阻
害剤bが1分子中に1個以上のt─ブトキシカルボニル
オキシ基を有すると共に、前記オニウム塩cが一般式
(R)n AMで表されるオニウム塩であることを特徴と
するポジ型レジスト材料によって達成された。上記の一
般式におけるRは、芳香族基又は置換芳香族基であり、
各Rは同じであっても異なっても良い。また、Aはスル
ホニウム又はヨードニウムであり、Mはトシレート基で
ある。
The above objects of the present invention are as follows.
A poly (hydroxystyrene) resin a in which some of the hydrogen atoms of the hydroxyl groups are replaced with t-butoxycarbonyl groups, a dissolution inhibitor b, and an onium salt c are added in a weight fraction of 0.55 ≦.
a, 0.07 ≦ b ≦ 0.40, 0.005 ≦ c ≦ 0.1
5 and a so that a + b + c = 1, and
A positive resist material which can be developed with an aqueous alkaline solution and is sensitive to high energy rays, wherein the dissolution inhibitor b has at least one t-butoxycarbonyloxy group in one molecule, and the onium This is achieved by a positive resist material, wherein the salt c is an onium salt represented by the general formula (R) n AM. R in the above general formula is an aromatic group or a substituted aromatic group,
Each R may be the same or different. A is sulfonium or iodonium, and M is a tosylate group.

【0019】上記のオニウム塩cの具体例としては、ジ
フェニル(p─メトキシフェニル)スルホニウムトシレ
ート、フェニル(p─フルオロフェニル)ヨードニウム
トシレート、フェニル(p─メトキシフェニル)ヨード
ニウムトシレート、ジフェニル(p─フルオロフェニ
ル)スルホニウムトシレート、ジフェニル(p─ヒドロ
キシフェニル)スルホニウムトシレート、フェニル(p
─チオフェノキシフェニル)スルホニウムトシレート等
が挙げられる。
Specific examples of the above-mentioned onium salt c include diphenyl (p-methoxyphenyl) sulfonium tosylate, phenyl (p-fluorophenyl) iodonium tosylate, phenyl (p-methoxyphenyl) iodonium tosylate and diphenyl (p. --Fluorophenyl) sulfonium tosylate, diphenyl (p-hydroxyphenyl) sulfonium tosylate, phenyl (p
—Thiophenoxyphenyl) sulfonium tosylate and the like.

【0020】レジスト材料中のオニウム塩の含有量は、
0.5〜15重量%の範囲であることが好ましい。含有
量が0.5重量%未満ではレジスト材料の感度を向上さ
せることができず、15重量%以上では、レジスト材料
のコストが上昇する上レジスト膜の機械的強度が低下す
る。
The content of onium salt in the resist material is
It is preferably in the range of 0.5 to 15% by weight. If the content is less than 0.5% by weight, the sensitivity of the resist material cannot be improved, and if it is 15% by weight or more, the cost of the resist material increases and the mechanical strength of the resist film decreases.

【0021】前記(R)nAMで表されるオニウム塩以
外のオニウム塩としては、(C6 5 2 +-3 SC
3 、(C6 5 2 +-3 SCF3 、(C6 5
64 )(C6 5 2 +-3 SCF3 、(C6
5 2 +-PF6 、(t─(CH3 3 ─C6 5 2
+-3 SCF3 で各々表されるオニウム塩があるが、
これらを用いた場合には何れも良好な高エネルギー線用
化学増幅型のポジ型レジスト材料を得ることができな
い。
Onium salts other than the onium salt represented by (R) nAM include (C 6 H 5 ) 2 I + -O 3 SC
F 3, (C 6 H 5 ) 2 S + - O 3 SCF 3, (C 6 H 5 S
C 6 H 4) (C 6 H 5) 2 S + - O 3 SCF 3, (C 6 H
5 ) 2 I + -PF 6 , (t- (CH 3 ) 3 -C 6 H 5 ) 2
There are onium salts each represented by I + -O 3 SCF 3 ,
When any of these is used, it is impossible to obtain a good positive-type chemically amplified resist material for high energy rays.

【0022】溶解阻害剤としては、1分子中に1個以上
のt─ブトキシカルボニルオキシ基を有する化合物が好
ましく、具体的には、ビスフェノールAの水酸基におけ
る水素原子をt─ブトキシカルボニル基で置換したも
の、フロログルシンにt─ブトキシカルボニル基を導入
したもの、及びテトラヒドロキシベンゾフェノンにt─
ブトキシカルボニル基を導入したもの等が挙げられる。
レジスト材料中の溶解阻害剤bの含有量は7〜40重量
%の範囲が好ましい。含有量が7重量%未満では溶解阻
害効果が小さく、40重量%以上ではレジスト膜の機械
強度や耐熱性が低下する。
The dissolution inhibitor is preferably a compound having one or more t-butoxycarbonyloxy groups in one molecule. Specifically, a hydrogen atom in the hydroxyl group of bisphenol A is replaced with a t-butoxycarbonyl group. , T-butoxycarbonyl group introduced to phloroglucin, and t- to tetrahydroxybenzophenone
Examples thereof include those having a butoxycarbonyl group introduced.
The content of the dissolution inhibitor b in the resist material is preferably in the range of 7-40% by weight. If the content is less than 7% by weight, the dissolution inhibiting effect is small, and if it is 40% by weight or more, the mechanical strength and heat resistance of the resist film are lowered.

【0023】一部の水酸基の水素原子がt─ブトキシカ
ルボニル基で置換されたポリヒドロキシスチレン樹脂a
としては、t─ブトキシカルボニル基の置換率が10〜
50モル%の範囲のものが好ましい。置換率が50モル
%以上ではアルカリ水溶液への溶解性が低下するため
に、一般に使用されている現像液を用いて現像する場合
には、レジスト材料の感度が低下する。一方、置換率が
10モル%以下では溶解阻害効果が小さい。用いるポリ
ヒドロキシスチレンの重量平均分子量は、耐熱性のレジ
スト膜を得るという観点から、一万以上であることが好
ましく、又精度の高いパタンを形成させるという観点か
ら分子量分布は単分散性であることが好ましい。
Polyhydroxystyrene resin a in which hydrogen atoms of some hydroxyl groups are substituted with t-butoxycarbonyl groups
The substitution ratio of t-butoxycarbonyl group is 10 to
Those in the range of 50 mol% are preferable. When the substitution rate is 50 mol% or more, the solubility in an alkaline aqueous solution is lowered, so that the sensitivity of the resist material is lowered when the development is carried out using a commonly used developing solution. On the other hand, when the substitution rate is 10 mol% or less, the dissolution inhibiting effect is small. The weight average molecular weight of the polyhydroxystyrene used is preferably 10,000 or more from the viewpoint of obtaining a heat resistant resist film, and the molecular weight distribution is monodisperse from the viewpoint of forming a highly accurate pattern. Is preferred.

【0024】ラジカル重合で得られるような、分子量分
布の広いポリヒドロキシスチレンを用いた場合には、レ
ジスト材料中に、アルカリ水溶液に溶解し難い大きい分
子量のものまで含まれることとなるため、これがパタン
形成後の裾ひきの原因となる。従って、リビング重合に
よって得られるような単分散性のポリヒドロキシスチレ
ンを使用することが好ましい。
When polyhydroxystyrene having a wide molecular weight distribution, such as that obtained by radical polymerization, is used, the resist material contains a large molecular weight which is difficult to dissolve in an alkaline aqueous solution. It will cause hem pulling after formation. Therefore, it is preferable to use monodisperse polyhydroxystyrene as obtained by living polymerization.

【0025】因みに、本発明において、リビング重合に
よって得られたポリヒドロキシスチレン(例えば、平均
分子量が1万で分子量分布が1.1のもの)を用いたレ
ジスト材料を使用して、0.2μmのラインとスペース
のパタンを形成させた場合には、裾ひきがなく良好な精
度のパタンを形成することができる。また、このように
して得られたパタンを150℃で10分間ベークして
も、パタンに何の変形も認められず、耐熱性が十分であ
る。
Incidentally, in the present invention, a resist material using polyhydroxystyrene obtained by living polymerization (for example, one having an average molecular weight of 10,000 and a molecular weight distribution of 1.1) is used, and a resist material of 0.2 μm is used. When the pattern of the line and the space is formed, it is possible to form the pattern with good precision without the hem. Moreover, even if the pattern thus obtained is baked at 150 ° C. for 10 minutes, no deformation is observed in the pattern and the heat resistance is sufficient.

【0026】一方、ラジカル重合で得られたポリヒドロ
キシスチレン(例えば、平均分子量が1.2万で分子量
分布が3.0のもの)を用いたレジスト材料を使用し
て、0.5μmのラインとスペースのパタンを形成させ
た場合には、パタンの耐熱性は略同等であるものの、裾
ひきが見られるので、とても0.2μmの解像度は得ら
れない。
On the other hand, a resist material using polyhydroxystyrene obtained by radical polymerization (for example, one having an average molecular weight of 12,000 and a molecular weight distribution of 3.0) was used to obtain a line of 0.5 μm. When the space pattern is formed, the heat resistance of the pattern is almost the same, but since the hem is visible, a resolution of 0.2 μm cannot be obtained.

【0027】尚、単分散性とは分子量分布がMw/Mn
=1.05〜1.50であることを意味する。但し、M
wは高分子の重量平均分子量、Mnは数平均分子量であ
る。重量平均分子量は、リビング重合させる場合にあっ
てはモノマーの重量と開始剤のモル数から計算すること
により、又は光散乱法を用いて容易に求められる。ま
た、数平均分子量は膜浸透圧計を用いて、容易に測定さ
れる。
The monodispersity means that the molecular weight distribution is Mw / Mn.
= 1.05 to 1.50. However, M
w is the weight average molecular weight of the polymer, and Mn is the number average molecular weight. In the case of living polymerization, the weight average molecular weight can be easily calculated by calculating from the weight of the monomer and the number of moles of the initiator, or by using the light scattering method. Moreover, the number average molecular weight is easily measured using a membrane osmometer.

【0028】分子量分布の評価は、ゲルパーミェーショ
ンクロマトグラフィー(GPC)によって行うことがで
き、分子構造は赤外線吸収(IR)スペクトル又は1
─NMRスペクトルによって容易に確認することができ
る。単分散性のポリマーを得る方法としては、第1にラ
ジカル重合法で等で重合して得られる広い分子量分布を
有するポリマーを分別処理する方法、第2にリビング重
合法により当初から単分散のポリマーを得る方法が挙げ
られるが、単分散化する工程が簡易であることから、リ
ビング重合法を採用することが好ましい。
The molecular weight distribution can be evaluated by gel permeation chromatography (GPC), and the molecular structure is determined by infrared absorption (IR) spectrum or 1 H.
-It can be easily confirmed by the NMR spectrum. As a method for obtaining a monodisperse polymer, firstly, a method of fractionating a polymer having a wide molecular weight distribution obtained by polymerization by a radical polymerization method or the like, and secondly, a polymer which is originally monodisperse by a living polymerization method. The living polymerization method is preferably used because the step of monodispersion is simple.

【0029】p−ヒドロキシスチレンモノマーをそのま
まリビング重合させようとしても、モノマーの水酸基と
重合開始剤とが反応してしまうので重合を開始しない。
そこで、該水酸基を保護する保護基を導入したモノマー
をリビング重合させた後、該保護基を脱離させて目的の
パラヒドロキシスチレンを得る手法が用いられる。
Even if the p-hydroxystyrene monomer is subjected to living polymerization as it is, the hydroxyl group of the monomer reacts with the polymerization initiator, so that the polymerization is not started.
Therefore, a method is used in which a monomer introduced with a protective group for protecting the hydroxyl group is subjected to living polymerization and then the protective group is eliminated to obtain the target parahydroxystyrene.

【0030】用いられる保護基としては、第三級ブチル
基、ジメチルフェニルカルビルメチルシリル基、第三級
ブトキシカルボニル基、テトラヒドロピラニル基、第三
級ブチルジメチルシリル基等が挙げられる。例えば、下
記化1又は化2で表されるモノマーをリビングアニオン
重合させた後、ジメチルフェニルカルビルシリル基又は
t─ブチル基を脱離させることにより容易に得ることが
できる。
Examples of the protective group used include a tertiary butyl group, a dimethylphenylcarbylmethylsilyl group, a tertiary butoxycarbonyl group, a tetrahydropyranyl group and a tertiary butyldimethylsilyl group. For example, it can be easily obtained by subjecting a monomer represented by the following Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2 to living anionic polymerization and then eliminating a dimethylphenylcarbylsilyl group or a t-butyl group.

【0031】[0031]

【化1】 [Chemical 1]

【化2】 [Chemical 2]

【0032】上記リビングアニオン重合に際しては、重
合開始剤として、有機金属化合物を用いることが好まし
い。好ましい有機金属化合物としては、例えばn−ブチ
ルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチ
ルリチウム、ナトリウムナフタレン、アントラセンナト
リウム、α−メチルスチレンテトラマージナトリウム、
クミルカリウム、クミルセシウム等の有機アルカリ金属
化合物等が挙げられる。
In the above living anionic polymerization, it is preferable to use an organometallic compound as a polymerization initiator. Preferred organometallic compounds include, for example, n-butyllithium, sec-butyllithium, tert-butyllithium, sodium naphthalene, anthracene sodium, α-methylstyrenetetramage sodium,
Examples thereof include organic alkali metal compounds such as cumyl potassium and cumyl cesium.

【0033】リビングアニオン重合は、有機溶媒中で行
われることが好ましい。この場合に用いられる有機溶媒
は芳香族炭化水素、環状エーテル、脂肪族炭化水素等の
溶媒であり、これらの具体例としては、例えばベンゼ
ン、トルエン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、テト
ラヒドロピラン、ジメトキシエタン、n−ヘキサン、シ
クロヘキサン等が挙げられる。
Living anionic polymerization is preferably carried out in an organic solvent. The organic solvent used in this case is a solvent such as aromatic hydrocarbon, cyclic ether, and aliphatic hydrocarbon, and specific examples thereof include, for example, benzene, toluene, tetrahydrofuran, dioxane, tetrahydropyran, dimethoxyethane, n-. Hexane, cyclohexane and the like can be mentioned.

【0034】これらの有機溶媒は単独で使用しても混合
して使用しても良いが、特にテトラヒドロフランを使用
することが好ましい。重合に際するモノマーの濃度は1
〜50重量%、特に1〜30重量%が適切であり、反応
は高真空下又はアルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気下
で攪拌して行うことが好ましい。
These organic solvents may be used alone or in combination, but it is particularly preferable to use tetrahydrofuran. Monomer concentration during polymerization is 1
Appropriately ˜50 wt%, especially 1˜30 wt%, and the reaction is preferably carried out under high vacuum or in an atmosphere of an inert gas such as argon or nitrogen with stirring.

【0035】反応温度は−100℃乃至使用した有機溶
媒の沸点温度までの範囲で任意に選択することができ
る。特にテトラヒドロフラン溶媒を使用した場合には−
78℃〜0℃、ベンゼン溶媒を使用した場合には室温で
反応させることが好ましい。上記の如き条件で約10分
〜7時間反応を行うことにより、ビニル基のみが選択的
に反応して重合し、下記化3又は化4で表されるポリマ
ーを得ることができる。
The reaction temperature can be arbitrarily selected within the range of -100 ° C to the boiling temperature of the organic solvent used. Especially when a tetrahydrofuran solvent is used
It is preferable to carry out the reaction at 78 ° C to 0 ° C and at room temperature when a benzene solvent is used. By carrying out the reaction for about 10 minutes to 7 hours under the above conditions, only the vinyl group selectively reacts and polymerizes to obtain a polymer represented by the following chemical formula 3 or chemical formula 4.

【0036】[0036]

【化3】 [Chemical 3]

【化4】 [Chemical 4]

【0037】所望の重合度に達した時点で、例えばメタ
ノール、水、メチルブロマイド等の重合反応停止剤を反
応系に添加して重合反応を停止させることにより、所望
の分子量を有するリビングポリマーを得ることができ
る。更に、得られた反応混合物を適当な溶剤(例えばメ
タノール)を用いて沈澱せしめ、洗浄・乾燥することに
よりリビングポリマーを精製・単離することができる。
When the desired degree of polymerization is reached, a living polymer having a desired molecular weight is obtained by stopping the polymerization reaction by adding a polymerization reaction terminator such as methanol, water or methyl bromide to the reaction system. be able to. Further, the living polymer can be purified and isolated by precipitating the obtained reaction mixture with an appropriate solvent (for example, methanol), washing and drying.

【0038】重合反応においては、モノマーが100%
反応するので生成するリビングポリマーの収量は略10
0%である。従って、モノマーの使用量と反応開始剤の
モル数を調整することにより、得られるリビングポリマ
ーの分子量を適宜調整することができる。このようにし
て得られたリビングポリマーの分子量分布は単分散性
(Mw/Mn=1.05〜1.50)である。
In the polymerization reaction, the monomer content is 100%.
The reaction yields a living polymer of about 10
It is 0%. Therefore, the molecular weight of the living polymer obtained can be appropriately adjusted by adjusting the amount of the monomer used and the number of moles of the reaction initiator. The molecular weight distribution of the living polymer thus obtained is monodisperse (Mw / Mn = 1.05 to 1.50).

【0039】更に、化3又は化4で表されるポリマーの
ジメチルフェニルカルビニルビニルジメチルシリル基又
はt─ブチル基のエーテル結合を切断することによっ
て、下記化5で表されるポリ(p─ヒドロキシスチレ
ン)を得ることができる。
Further, by cleaving the ether bond of the dimethylphenylcarbinylvinyldimethylsilyl group or the t-butyl group of the polymer represented by the chemical formula 3 or 4, the poly (p-hydroxy group represented by the following chemical formula 5 is obtained. Styrene) can be obtained.

【化5】 [Chemical 5]

【0040】上記のエーテル結合を切断する反応は、化
3又は化4で表されるポリマーをジオキサン、アセト
ン、アセトニトリル、ベンゼン等の溶媒又はこれらの混
合溶媒に溶解した後、塩酸、臭化水素酸又はパラトルエ
ンスルホン酸ピリジニウム塩等の酸を滴下することによ
って容易に行うことができる。上記の反応においては、
ポリマーの主鎖が切断されたり分子間に架橋反応が生じ
るということがないので、得られるポリ(p−ヒドロキ
シスチレン)は単分散性である。
The above reaction for cleaving the ether bond is carried out by dissolving the polymer represented by Chemical formula 3 or Chemical formula 4 in a solvent such as dioxane, acetone, acetonitrile, benzene or a mixed solvent thereof, and then adding hydrochloric acid or hydrobromic acid. Alternatively, it can be easily carried out by adding an acid such as paratoluenesulfonic acid pyridinium salt dropwise. In the above reaction,
The resulting poly (p-hydroxystyrene) is monodisperse because the polymer backbone is not cleaved and no intermolecular crosslinking reactions occur.

【0041】ポリ(ヒドロキシスチレン)の水酸基にお
ける水素原子をt−ブトキシカルボニル基で置換するこ
とは、一般にペプチド合成で良く用いられる官能基を保
護する方法、即ち、ピリジン溶液中でポリ(ヒドロキシ
スチレン)を二炭酸ジ−t−ブチルと反応させることに
よって容易に達成される。本発明のレジスト材料を用い
て基板にパタンを形成することは、以下の方法によって
容易に行うことができる。即ち、レジスト材料溶液を基
板上にスピン塗布した後、プリベークを行って塗布基板
を得る。
Substitution of a hydrogen atom in a hydroxyl group of poly (hydroxystyrene) with a t-butoxycarbonyl group is a method of protecting a functional group generally used in peptide synthesis, that is, poly (hydroxystyrene) in a pyridine solution. Is easily achieved by reacting with di-t-butyl dicarbonate. Pattern formation on a substrate using the resist material of the present invention can be easily performed by the following method. That is, a resist material solution is spin-coated on a substrate and then pre-baked to obtain a coated substrate.

【0042】得られた塗布基板に高エネルギー線を照射
すると、塗布膜中の酸発生剤が分解して酸が生成する。
次いで、該基板を露光した後熱処理を行うと、生成した
酸を触媒としてt─ブトキシカルボニルオキシ基が分解
し、レジストの溶解阻害効果が消失することによって潜
像が形成された基板が得られる。次に、該潜像を有する
基板をアルカリ水溶液で現像処理し、水洗することによ
ってポジ型パタンを形成することができる。次に、本発
明で使用することができる単分散性ポリ(ヒドロキシス
チレン)の合成方法等について述べる。
When the obtained coated substrate is irradiated with a high energy ray, the acid generator in the coated film decomposes to produce an acid.
Next, when the substrate is exposed to heat and then subjected to heat treatment, the t-butoxycarbonyloxy group is decomposed by using the generated acid as a catalyst and the dissolution inhibiting effect of the resist disappears, whereby a substrate on which a latent image is formed is obtained. Then, the substrate having the latent image is developed with an alkaline aqueous solution and washed with water to form a positive pattern. Next, a method for synthesizing the monodisperse poly (hydroxystyrene) that can be used in the present invention will be described.

【0043】合成例1単分散性ポリ(p─ヒドロキシスチレン)の合成 反応器に、イミダゾールと共に溶媒としてジメチルホル
ムアミドを仕込み、p─ヒドロキシスチレン及びそれと
等モルのジメチルフェニルカルビルジメチルクロロシラ
ンを添加し、室温下で6時間反応させた。
Synthesis Example 1 Into a monodisperse poly (p-hydroxystyrene) synthesis reactor, charge dimethylformamide as a solvent together with imidazole, add p-hydroxystyrene and dimethylphenylcarbyldimethylchlorosilane in an equimolar amount thereto, and react at room temperature for 6 hours. Let

【0044】得られた反応生成物を減圧蒸留し、0.1
mmHgの圧力下の沸点が130℃のp─ビニルフェノ
キシジメチルフェニルカルビルジメチルシラン(モノマ
ー)を、70%の収率で得た。上記のようにして得たモ
ノマーをCaH2 の存在下で更に蒸留した後、ベンゾフ
ェノンナトリウムを用いて精製し、水分等の不純物を除
去したモノマーを得た。
The reaction product obtained was distilled under reduced pressure to give 0.1
p-Vinylphenoxydimethylphenylcarbyldimethylsilane (monomer) having a boiling point of 130 ° C. under a pressure of mmHg was obtained in a yield of 70%. The monomer obtained as described above was further distilled in the presence of CaH 2 and then purified using sodium benzophenone to obtain a monomer from which impurities such as water were removed.

【0045】ポリ(p─ビニルフェノキシジメチルフェ
ニルカルビルジメチルシラン)の合成 1リットルのフラスコに、溶媒としてテトラヒドロフラ
ンを550ml、及び重合開始剤としてn−ブチルリチ
ウムを8.5×10-4モル仕込み、−78℃に冷却した
後、既に合成したp─ビニルフェノキシジメチルフェニ
ルカルビルジメチルシランモノマー30g(50mlの
テトラヒドロフランに溶解して−78℃に冷却したも
の)を添加し、リビング重合反応を1時間行わせたとこ
ろ、溶液は赤色を呈した。
Poly (p-vinylphenoxydimethylphen )
Synthesis of Nylcarbyldimethylsilane) In a 1-liter flask, 550 ml of tetrahydrofuran as a solvent and 8.5 × 10 −4 mol of n-butyllithium as a polymerization initiator were charged, and the mixture was cooled to −78 ° C. When 30 g of the p-vinylphenoxydimethylphenylcarbyldimethylsilane monomer (dissolved in 50 ml of tetrahydrofuran and cooled to −78 ° C.) was added and the living polymerization reaction was carried out for 1 hour, the solution turned red. .

【0046】所望の重合度に達したことを確認した後、
反応溶液にメタノールを添加してリビング重合反応を終
了させた。次に、得られた反応混合物をメタノール中に
注いで重合体を沈澱させ、分離・乾燥して白色の重合体
24.5gを得た。得られた重合体の1 H−NMRを測
定したところ、表1の通りであり、該重合体は、スチレ
ン部のビニル基のみが反応し、ジメチルフェニルカルビ
ルジメチルシリル基に活性末端が反応せずに残ってい
る、ポリ(p─ビニルフェノキシジメチルフェニルカル
ビルジメチルシラン)であることが確認された。
After confirming that the desired degree of polymerization has been reached,
Methanol was added to the reaction solution to terminate the living polymerization reaction. Next, the obtained reaction mixture was poured into methanol to precipitate the polymer, which was separated and dried to obtain 24.5 g of a white polymer. 1 H-NMR of the obtained polymer was measured, and the results are shown in Table 1. In the polymer, only the vinyl group in the styrene portion was reacted, and the active end was reacted with the dimethylphenylcarbyldimethylsilyl group. It was confirmed to be poly (p-vinylphenoxydimethylphenylcarbyldimethylsilane) which remained without any treatment.

【0047】[0047]

【表1】 尚、膜浸透圧測定法によって測定した数平均分子量は1
1,000g/モルであった。
[Table 1] The number average molecular weight measured by the membrane osmometry is 1
It was 1,000 g / mol.

【0048】ポリ(p─ヒドロキシスチレン)の合成 合成したポリ(p─ビニルフェノキシジメチルフェニル
カルビルジメチルシラン)20gをアセトン250ml
に溶解し、少量の塩酸を60℃で添加して6時間攪拌し
た後、該溶液を水中に注いで重合体を沈澱させ、洗浄
し、分離・乾燥してポリマー8gを得た。GPC溶出曲
線(図1)から得られたポリマーの分子量分布(Mw/
Mn)は1.10であり、該ポリマーの単分散性が極め
て高いことが確認された。
Synthesis of poly (p-hydroxystyrene) 20 g of synthesized poly (p-vinylphenoxydimethylphenylcarbyldimethylsilane ) was added to 250 ml of acetone.
, A small amount of hydrochloric acid was added at 60 ° C., and the mixture was stirred for 6 hours. Then, the solution was poured into water to precipitate a polymer, which was washed, separated and dried to obtain 8 g of a polymer. The molecular weight distribution (Mw / of the polymer obtained from the GPC elution curve (FIG. 1))
Mn) was 1.10, and it was confirmed that the monodispersity of the polymer was extremely high.

【0049】更に、得られたポリマーの1 H─NMRス
ペクトルにおいては、ジメチルフェニルカルビルジメチ
ルシリル基に由来するピークが消失した。これらの結果
から、得られたポリマーが、単分散性のポリ(p─ヒド
ロキシスチレン)であることが確認された。尚、得られ
たポリマーの膜浸透圧測定法による数平均分子量は1.
4×104g/モルであった。
Further, in the 1 H-NMR spectrum of the obtained polymer, the peak derived from the dimethylphenylcarbyldimethylsilyl group disappeared. From these results, it was confirmed that the obtained polymer was monodisperse poly (p-hydroxystyrene). The number average molecular weight of the obtained polymer by the membrane osmometry is 1.
It was 4 × 10 4 g / mol.

【0050】合成例2単分散性ポリ(p─ヒドロキシスチレン)の合成 ポリ(p─t─ブトキシスチレン)の合成 2リットルのフラスコに、溶媒としてテトラヒドロフラ
ンを1,500ml、及び重合開始剤としてn─ブチル
リチウム4×10-3モルを仕込み、−78℃に冷却した
後、CaH2 の存在下で蒸留した後ベンゾフェノンナト
リウムを用いて精製し、水分等の不純物を除去したp─
t─ブトキシスチレンモノマー80g(50mlのテト
ラヒドロフランに溶解して−78℃に冷却したもの)を
添加し、リビング重合反応を2時間行わせた他は合成例
1と全く同様にして、白色の重合体80gを得た。
Synthesis Example 2 Synthesis of monodisperse poly (p-hydroxystyrene) Synthesis of poly (pt-butoxystyrene) In a 2 liter flask, 1,500 ml of tetrahydrofuran as a solvent and n-butyllithium 4 × 10 as a polymerization initiator. After charging 3 mol, cooling to −78 ° C., distilling in the presence of CaH 2 and then purifying with sodium benzophenone to remove impurities such as water.
80 g of t-butoxystyrene monomer (dissolved in 50 ml of tetrahydrofuran and cooled to −78 ° C.) was added, and the living polymerization reaction was carried out for 2 hours. 80 g was obtained.

【0051】得られた重合体の1 H−NMRを測定した
ところ、得られた重合体は、スチレン部分のビニル基の
みが反応し、エーテルに結合しているt─ブチル基に活
性末端が反応せずに残っている、ポリ(p─t─ブトキ
シスチレン)であることが確認された。
When the 1 H-NMR of the obtained polymer was measured, it was found that only the vinyl group in the styrene portion of the obtained polymer reacted, and the t-butyl group bonded to the ether had an active terminal. It was confirmed to be poly (pt-butoxystyrene), which was left without any treatment.

【0052】ポリ(p─ヒドロキシスチレン)の合成 上記のように合成したポリ(p─t─ブトキシスチレ
ン)12gをアセトン250mlに溶解し、少量の塩酸
を60℃で添加して8時間攪拌した後、該溶液を水中に
注いで重合体を沈澱させ、洗浄し、分離・乾燥してポリ
マー8gを得た。GPC溶出曲線(図2)から得られた
ポリマーの分子量分布(Mw/Mn)は1.08であ
り、該ポリマーの単分散性が極めて高いことが確認され
た。
Synthesis of poly (p-hydroxystyrene ) 12 g of poly (pt-butoxystyrene) synthesized as described above was dissolved in 250 ml of acetone, and a small amount of hydrochloric acid was added at 60 ° C. and stirred for 8 hours. The solution was poured into water to precipitate a polymer, which was washed, separated and dried to obtain 8 g of a polymer. The molecular weight distribution (Mw / Mn) of the polymer obtained from the GPC elution curve (FIG. 2) was 1.08, and it was confirmed that the monodispersity of the polymer was extremely high.

【0053】得られたポリマーの1 H─NMRスペクト
ルにおいては、t─ブチル基に由来するピークが消失し
た。これらの結果から、得られたポリマーは、極めて単
分散性の高いポリ(p─ヒドロキシスチレン)であるこ
とが確認された。尚、得られたポリマーの膜浸透圧測定
法による数平均分子量は5×104 g/モルであった。
In the 1 H-NMR spectrum of the obtained polymer, the peak derived from t-butyl group disappeared. From these results, it was confirmed that the obtained polymer was poly (p-hydroxystyrene) having extremely high monodispersity. The number average molecular weight of the obtained polymer measured by the membrane osmometry was 5 × 10 4 g / mol.

【0054】合成例3ポリ(p─ヒドロキシスチレン)へのt─ブトキシカル
ボニル基の導入 反応容器に、ピリジン40mlを仕込み、合成例1で合
成したポリ(p─ヒドロキシスチレン)5gを添加して
溶解し、攪拌しながら45℃で二炭酸ジ─t─ブチル1
g(約22モル%)を添加し、窒素気流中で1時間反応
させた。尚、二炭酸ジ─t─ブチルを添加すると同時に
ガスが発生した。
Synthesis Example 3 T-butoxyl to poly (p-hydroxystyrene)
Into a reaction vessel for introducing a bonyl group, 40 ml of pyridine was charged, 5 g of poly (p-hydroxystyrene) synthesized in Synthesis Example 1 was added and dissolved, and di-t-butyl dicarbonate 1 was added at 45 ° C. with stirring.
g (about 22 mol%) was added, and the mixture was reacted in a nitrogen stream for 1 hour. A gas was generated at the same time when di-t-butyl dicarbonate was added.

【0055】得られた反応液を濃塩酸20gを含有する
1リットルの水溶液中に滴下してポリマーを沈澱させ、
濾過して白色の生成物を得た。得られた生成物をアセト
ン50mlに溶解した後、1リットルの水中に滴下し、
ポリマーを沈澱させた後濾過し、更に40℃以下で真空
乾燥してt─ブトキシカルボニル基を導入したポリ(p
─ヒドロキシスチレン)を得た。得られたポリ(p─ヒ
ドロキシスチレン)の1 H─NMRスペクトルにおける
脂肪族プロトンと芳香族プロトンの面積比から、t─ブ
トキシカルボニル基の導入率が19.6%であることが
確認された。
The resulting reaction solution was dropped into 1 liter of an aqueous solution containing 20 g of concentrated hydrochloric acid to precipitate a polymer,
Filtration gave a white product. The obtained product was dissolved in 50 ml of acetone and then added dropwise to 1 liter of water,
After the polymer was precipitated, it was filtered and dried under vacuum at 40 ° C. or below to obtain poly (p
-Hydroxystyrene) was obtained. From the area ratio of the aliphatic protons to the aromatic protons in the 1 H-NMR spectrum of the obtained poly (p-hydroxystyrene), it was confirmed that the introduction rate of t-butoxycarbonyl group was 19.6%.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明のポジ型レジスト材料は、高エネ
ルギー線に対する感度が高く、特に波長の短い遠紫外線
(KrFエキシマレーザー等)に対する感度が高い上、
該遠紫外線の吸収が少ないので、LSI等に用いられる
基板の微細加工に好適なレジスト材料である。また、本
発明のポジ型レジスト材料は、金属元素を含まず、露光
後の経時依存性が少ない上化学増幅過程で水分を必要と
しないので、LSI等に用いられる基板の、高エネルギ
ー線による微細加工プロセスに極めて好適なポジ型レジ
スト材料である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The positive resist composition of the present invention has high sensitivity to high energy rays, particularly to deep ultraviolet rays having a short wavelength (KrF excimer laser, etc.), and
It is a resist material suitable for fine processing of substrates used for LSI and the like because it absorbs little deep ultraviolet rays. Further, the positive resist composition of the present invention does not contain a metal element, has little time dependence after exposure, and does not require water in the chemical amplification process. It is a positive resist material that is extremely suitable for processing processes.

【0057】[0057]

【実施例】以下、本発明を実施例に従って更に詳述する
が、本発明はこれによって限定されるものではない。
尚、実施例中、実施例1〜23では、ベース樹脂として
合成例3で得られたt─ブトキシカルボニル基の導入率
が19.6%のポリ(p─ヒドロキシスチレン)、実施
例24〜33ではt─ブトキシカルボニル基の導入率が
40%のポリ(p─ヒドロキシスチレン)、及び実施例
34〜35では合成例2で得られたポリ(p─ヒドロキ
シスチレン)に20モル%及び40モル%の導入率でt
─ブトキシカルボニル基を導入したものを各々用いた。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
In Examples 1 to 23, the poly (p-hydroxystyrene) having a t-butoxycarbonyl group introduction rate of 19.6% obtained in Synthesis Example 3 as the base resin, and Examples 24 to 33. In the poly (p-hydroxystyrene) having a t-butoxycarbonyl group introduction rate of 40%, and in Examples 34 to 35, the poly (p-hydroxystyrene) obtained in Synthesis Example 2 was 20 mol% and 40 mol%. The introduction rate of t
-Butoxycarbonyl group-introduced products were used.

【0058】実施例1. ベース樹脂 81重量部、 2,2─ビス〔p─(t─ブトキシカルボニルオキシ)フェニル〕プロパン 14重量部、 ジフェニル(p─メトキシフェニル)スルホニウムトシレート 5重量部、及び 酢酸エトキシエチル 400重量部 を混合したレジスト溶液を、シリコーン基板上に2,0
00回転/分でスピン塗布し、ホットプレート上で85
℃で1分間プリベークして、レジスト膜の厚さが0.7
μmのレジスト塗布基板を得た。
Example 1. 81 parts by weight of base resin, 14 parts by weight of 2,2-bis [p- (t-butoxycarbonyloxy) phenyl] propane, 5 parts by weight of diphenyl (p-methoxyphenyl) sulfonium tosylate, and 400 parts by weight of ethoxyethyl acetate are added. Add the mixed resist solution to the silicone substrate
Spin coating at 00 rpm and 85 on hot plate
Pre-bake at ℃ for 1 minute, the resist film thickness is 0.7
A resist-coated substrate of μm was obtained.

【0059】得られた塗布基板の塗布側にKrFエキシ
マレーザーを用いて描画した後熱処理を85℃で2分間
行った。次いで、テトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド(TMAH)2.4重量%の水溶液を用いて1分間現
像を行い、30秒間水洗して、パタンが形成されたシリ
コーン基板(パタン基板)を得た。得られた基板のパタ
ンはポジ型の特性を示し、レジスト膜のD0 感度は15
mJ/cm2 であった。また、KrFエキシマレーザー
に代えて30kvの電子線を用いた場合には、レジスト
膜の電子線感度は6μC/cm2 であった。更に描画後
の熱処理を85℃5分間とした場合の電子線感度は4.
5μC/cm2 であった。
After drawing on the coated side of the obtained coated substrate using a KrF excimer laser, heat treatment was performed at 85 ° C. for 2 minutes. Then, development was carried out for 1 minute using an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) 2.4% by weight, followed by washing with water for 30 seconds to obtain a silicone substrate (pattern substrate) on which patterns were formed. The pattern of the obtained substrate shows positive characteristics, and the D 0 sensitivity of the resist film is 15
It was mJ / cm 2 . When a 30 kv electron beam was used instead of the KrF excimer laser, the electron beam sensitivity of the resist film was 6 μC / cm 2 . Further, the electron beam sensitivity when the heat treatment after drawing is 85 ° C. for 5 minutes is 4.
It was 5 μC / cm 2 .

【0060】得られたパタンは、KrFエキシマレーザ
ーを用いた場合のものでは、ラインとスペースのパタン
及びホールパタンの解像度が夫々0.25μmである
上、垂直な側壁を有するパタンであった。また、電子線
を用いた場合の解像度は0.2μmであった。尚、用い
たベース樹脂のプリベーク前における現像液に対する溶
解速度は35nm/秒であり、プリベーク後の樹脂の溶
解速度は、未露光部では、1.5nm/秒、露光部では
熱処理後で23nm/秒であった。
When the KrF excimer laser was used, the obtained patterns had a line and space patterns and hole patterns each having a resolution of 0.25 μm, and had vertical sidewalls. The resolution when using an electron beam was 0.2 μm. The dissolution rate of the base resin used in the developer before prebaking was 35 nm / sec. The dissolution rate of the resin after prebaking was 1.5 nm / sec in the unexposed area and 23 nm / sec in the exposed area after heat treatment. It was seconds.

【0061】実施例2〜4.実施例1で使用した2,2
─ビス〔p─ブトキシカルボニルオキシ)フェニル〕プ
ロパンに代えて、下記表2の溶解阻害剤を使用した他
は、実施例1と全く同様にしてレジスト溶液を調製し、
パタン基板を作製して評価した。
Examples 2-4. 2,2 used in Example 1
A resist solution was prepared in exactly the same manner as in Example 1 except that the dissolution inhibitors shown in Table 2 below were used instead of bis [p-butoxycarbonyloxy) phenyl] propane.
A pattern substrate was prepared and evaluated.

【0062】[0062]

【表2】 [Table 2]

【0063】実施例2の場合では、KrFエキシマレー
ザー感度は200mJ/cm2 、電子線感度は6.6μ
C/cm2 であった。未露光時の溶解速度は約1nm/
秒であり、ここで使用した溶解阻害剤を添加したことに
よって、ベース樹脂の溶解速度が35分の1に低下する
ことが判明した。また、KrFによる露光の場合に垂直
な側壁を有するパタンを形成することができること、及
び解像度等についての性能は実施例1の場合と同様であ
ることが確認された。
In the case of Example 2, the KrF excimer laser sensitivity is 200 mJ / cm 2 , and the electron beam sensitivity is 6.6 μm.
It was C / cm 2 . Dissolution rate when unexposed is approximately 1 nm /
It was found that the dissolution rate of the base resin was reduced to 1/35 by adding the dissolution inhibitor used here. It was also confirmed that a pattern having vertical sidewalls can be formed in the case of exposure with KrF, and that the performance with respect to resolution and the like is the same as in the case of Example 1.

【0064】実施例3及び4の場合では、KrFエキシ
マレーザー感度が各々50mJ/cm2 及び60mJ/
cm2 、電子線感度は、各々25μC/cm2 及び31
μC/cm2 であった。このように、実施例3及び4の
場合には、2.4%のTMAH水溶液に対する溶解性が
著しく低いことから、高分子溶解阻害剤の溶解阻害作用
が低分子溶解阻害剤の溶解阻害作用よりもはるかに大き
いことが判明した。
In the cases of Examples 3 and 4, the KrF excimer laser sensitivity was 50 mJ / cm 2 and 60 mJ / cm 2, respectively.
cm 2 and electron beam sensitivity are 25 μC / cm 2 and 31 respectively.
It was μC / cm 2 . As described above, in the case of Examples 3 and 4, the solubility of the polymer dissolution inhibitor was significantly lower than that of the low molecular weight dissolution inhibitor because the solubility in the 2.4% TMAH aqueous solution was extremely low. Turned out to be much larger.

【0065】実施例5〜9.実施例1で使用したジフェ
ニル(p─メトキシフェニル)スルホニウムトシレート
に代えて、表3で示したオニウム塩を使用した他は実施
例1と全く同様にしてレジスト溶液を調製し、パタン基
板を作製して評価した。この結果、トリフルオロメタン
スルホネート系のオニウム塩を用いた場合の方がトシレ
ート系のものを用いた場合よりレジスト感度が高くなる
一方、トシレート系のものは露光後の熱処理温度を高く
した場合でもオーバーハング形状になり難いことが判明
した。解像度等についての性能は実施例1と同程度であ
った。結果は表3に示した通りである。
Examples 5-9. A resist solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the onium salts shown in Table 3 were used instead of the diphenyl (p-methoxyphenyl) sulfonium tosylate used in Example 1 to prepare a pattern substrate. And evaluated. As a result, the resist sensitivity is higher when the trifluoromethanesulfonate-based onium salt is used than when the tosylate-based one is used, while the tosylate-based one has an overhang even when the heat treatment temperature after exposure is increased. It turned out that it was difficult to form it. The performance with respect to resolution and the like was about the same as in Example 1. The results are as shown in Table 3.

【0066】[0066]

【表3】 [Table 3]

【0067】実施例10〜15.実施例1で使用した成
分の分率を、表4に示した分率に変えた他は実施例1と
全く同様にしてレジスト溶液を調製し、パタン基板を作
製した後KrFエキシマレーザーを用いて評価した。結
果は表4に示した通りである。尚、露光後の熱処理は8
5℃で2分間行った。2.4%のTMAH水溶液で1分
間現像したときの解像度は何れも実施例1と同程度であ
った。
Examples 10 to 15. A resist solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the ratios of the components used in Example 1 were changed to those shown in Table 4, and a pattern substrate was prepared, and then a KrF excimer laser was used. evaluated. The results are as shown in Table 4. The heat treatment after exposure is 8
It was performed at 5 ° C. for 2 minutes. The resolution when developed with a 2.4% TMAH aqueous solution for 1 minute was almost the same as that in Example 1.

【0068】[0068]

【表4】 [Table 4]

【0069】実施例16〜25.実施例1で用いたベー
ス樹脂に代えてt─ブトキシカルボニル基の導入率が4
0モル%のポリ(p─ヒドロキシスチレン)を用い、成
分分率を表5の用に変えた他は、実施例1と同様にして
レジスト溶液を調製し、パタン基板を作製してKrFエ
キシマレーザーを用いた場合の感度を評価した。結果は
表5に示した通りである。
Examples 16 to 25. Instead of the base resin used in Example 1, the introduction rate of t-butoxycarbonyl group was 4
A resist solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0 mol% of poly (p-hydroxystyrene) was used and the component ratios were changed as shown in Table 5, and a pattern substrate was prepared to prepare a KrF excimer laser. The sensitivity when using was evaluated. The results are as shown in Table 5.

【0070】[0070]

【表5】 [Table 5]

【0071】本実施例の場合のものは、実施例10〜1
5のものと比較して感度が低下している。これは、ベー
ス樹脂の溶解阻害効果が大きいために、アルカリ水溶液
に対する溶解性が低下したためと推察される。しかしな
がら、解像度は実施例1のものと同程度であり、パタン
形状は、実施例10〜15の場合より、更に短形に近い
ものであった。また、電子線を用いた場合には、0.2
μm以下のパタンを解像できるものであった。尚、用い
たベース樹脂の現像液に対する溶解速度は15nm/秒
であった。
In the case of the present embodiment, Embodiments 10 to 1 are used.
The sensitivity is lower than that of No. 5. It is speculated that this is because the solubility of the base resin is large and the solubility in the alkaline aqueous solution is lowered. However, the resolution was about the same as that of Example 1, and the pattern shape was closer to the rectangular shape than that of Examples 10 to 15. When using an electron beam, 0.2
It was able to resolve a pattern of μm or less. The dissolution rate of the base resin used in the developing solution was 15 nm / sec.

【0072】実施例26及び27.合成例2で得たポリ
(p─ヒドロキシスチレン)にt─ブトキシカルボニル
基を20モル%導入した樹脂(実施例26)及び40モ
ル%導入した樹脂(実施例27)を各々用いた他は実施
例1と同様にしてレジスト溶液を調製し、パタン基板を
作製して評価した。
Examples 26 and 27. Other than using the resin obtained by introducing 20 mol% of t-butoxycarbonyl group (Example 26) and the resin obtained by introducing 40 mol% (Example 27) into the poly (p-hydroxystyrene) obtained in Synthesis Example 2, respectively. A resist solution was prepared in the same manner as in Example 1, and a pattern substrate was prepared and evaluated.

【0073】実施例26及び27の場合では、KrFエ
キシマレーザー感度は各々20mJ/cm2 、25mJ
/cm2 、電子線感度は共に8μC/cm2 であった。
この結果から、合成例2で得たポリ(p─ヒドロキシス
チレン)を使用したものの場合の方が低感度であること
が判明した。得られたパタンはKrFエキシマレーザー
を用いた場合のものでは、0.3μmのラインとスペー
スのパタン及びホールパタンを解像できるものである
上、垂直な側壁を有するパタンであった。電子線を用い
た場合のものは、0.2μmのラインとスペースのパタ
ンを解像できるものであった。
In Examples 26 and 27, the KrF excimer laser sensitivity was 20 mJ / cm 2 and 25 mJ, respectively.
/ Cm 2 and electron beam sensitivity were both 8 μC / cm 2 .
From this result, it was found that the case of using the poly (p-hydroxystyrene) obtained in Synthesis Example 2 had lower sensitivity. When the KrF excimer laser was used, the obtained pattern was capable of resolving 0.3 μm line and space patterns and hole patterns, and also had vertical side walls. In the case of using the electron beam, the pattern of 0.2 μm lines and spaces could be resolved.

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

【図1】合成例1で合成したポリマーのGPC溶出曲線
である。
FIG. 1 is a GPC elution curve of the polymer synthesized in Synthesis Example 1.

【図2】合成例2で合成したポリマーのGPC溶出曲線
である。
FIG. 2 is a GPC elution curve of the polymer synthesized in Synthesis Example 2.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G03F 7/029 H01L 21/027 (72)発明者 渡辺 淳 神奈川県川崎市高津区坂戸3丁目2番1号 信越化学工業株式会社コーポレートリサ ーチセンター内 (72)発明者 高見沢 稔 神奈川県川崎市高津区坂戸3丁目2番1号 信越化学工業株式会社コーポレートリサ ーチセンター内 (72)発明者 田中 啓順 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 河合 義夫 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 松田 維人 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Reference number within the agency FI Technical display location G03F 7/029 H01L 21/027 (72) Inventor Jun Watanabe 3-2 Sakado, Takatsu-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 1 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Corporate Research Center (72) Inventor Minoru Takamizawa 3-2-1 Sakado, Takatsu-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Corporate Research Center (72) Inventor Kei Tanaka Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation, 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku (72) Inventor Yoshio Kawai 1-1-6, Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor, Masato Matsuda Tokyo 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一部の水酸基の水素原子がt─ブトキシカ
ルボニル基で置換されたポリ(ヒドロキシスチレン)樹
脂a、溶解阻害剤b及びオニウム塩cを、夫々重量分率
で0.55≦a、0.07≦b≦0.40、0.005
≦c≦0.15並びにa+b+c=1となるように含有
すると共に、アルカリ水溶液で現像することが可能な、
高エネルギー線に感応するポジ型レジスト材料であっ
て、前記溶解阻害剤bが1分子中に1個以上のt─ブト
キシカルボニルオキシ基を有すると共に、前記オニウム
塩cが一般式(R)n AMで表されるオニウム塩である
ことを特徴とするポジ型レジスト材料;但し、一般式
中、Rは芳香族基又は置換芳香族基であり、各Rは同じ
であっても異なっても良い。また、Aはスルホニウム又
はヨードニウムであり、Mはトシレート基である。
1. A poly (hydroxystyrene) resin a in which some of the hydrogen atoms of the hydroxyl groups are substituted with t-butoxycarbonyl groups, a dissolution inhibitor b and an onium salt c, each in a weight fraction of 0.55 ≦ a. , 0.07 ≦ b ≦ 0.40, 0.005
≦ c ≦ 0.15 and a + b + c = 1 so that it can be developed and developed with an alkaline aqueous solution.
A positive resist material sensitive to high energy rays, wherein the dissolution inhibitor b has at least one t-butoxycarbonyloxy group in one molecule, and the onium salt c is represented by the general formula (R) n AM A positive resist material characterized by being an onium salt represented by the formula; wherein R is an aromatic group or a substituted aromatic group, and each R may be the same or different. A is sulfonium or iodonium, and M is a tosylate group.
【請求項2】ポリ(ヒドロキシスチレン)がリビング重
合反応により得られる、単分散性ポリ(ヒドロキシスチ
レン)である請求項1に記載のポジ型レジスト材料。
2. The positive resist material according to claim 1, wherein the poly (hydroxystyrene) is a monodisperse poly (hydroxystyrene) obtained by a living polymerization reaction.
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