JPS59192245A - レジスト材料 - Google Patents

レジスト材料

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JPS59192245A
JPS59192245A JP6764783A JP6764783A JPS59192245A JP S59192245 A JPS59192245 A JP S59192245A JP 6764783 A JP6764783 A JP 6764783A JP 6764783 A JP6764783 A JP 6764783A JP S59192245 A JPS59192245 A JP S59192245A
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JP
Japan
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styrene monomer
resist material
sensitivity
fluoromethylated
polymer
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Pending
Application number
JP6764783A
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English (en)
Inventor
Tsuneo Fujii
藤井 恒夫
Hiroshi Inukai
宏 犬飼
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.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Daikin Kogyo Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS59192245A publication Critical patent/JPS59192245A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F12/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring
    • C08F12/02Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical
    • C08F12/04Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical containing one ring
    • C08F12/14Monomers containing only one unsaturated aliphatic radical containing one ring substituted by hetero atoms or groups containing heteroatoms
    • C08F12/16Halogens
    • C08F12/20Fluorine
    • 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
    • G03F7/038Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高い感度及びr値を有し耐熱性、耐ドライエツ
チング性に優れたネガ形の高エネルギー線に感応するレ
ジスト材料に関する。
最近、半導体の分野では集積度が高まるにつれてパター
ンは微細化され、それに従ってレジスト材料は一層の高
感度化、高解像性が必要となり、その上、剛ドライエツ
チング性及び耐熱性も要求されるようになってきた。
従来より、例えばポリスチレン系の誘導体はレジスト材
料として電子工業、印刷工業、精密機械工業等の分野で
、例えば磁気バルブ、集積回路、印刷版、シャドーマス
ク等の製造に使用されている。即ちポリスチレン系誘導
体の溶液は例えば半導体等の表面に塗布され、必要に応
じてベーキングされた後に、電子線、イオンビーム、γ
線、X線、中性子線、遠紫外線等の高エネルギー線を照
射されて、そのレジス・ト被膜上に所定のパターンの潜
像が形成され、その後、適当な現像液により現像される
このようなポリスチレン系誘導体としては例えば特公昭
5 G−502,63及び特開昭57−109943に
記載されたクロルメチル化ポリスチレン(CMSという
)が公知であり、耐熱性、耐ドライエツチング性に優れ
ているが感度、解像性にやや不満足で、より一層優れた
感度及び解像性が望廿れている。
本発明の目的は上記見地より優れた耐熱性と耐ドライエ
ツチング性を有すると共に、より一層高い感度及び解像
性を有するレジスト材料を提供することにある。
また本発明の目的は耐プラズマ性に優れたレジスト材料
を提供することにもある。
本発明は式 で示される構造単位(a)、または構造単位(a)及び
式 で示される構造単位(b)を有するポリスチレン誘導体
からなるレジスト材料に係る。
(ただしR,Rは水素またはメチル基を示す。)本発明
のポリスチレン誘導体は前記構造単位(a)からなるフ
ルオロメチル化スチレン系単量体の単独重合体または構
造単位(a)及び構造単位(b)からなる共重合体であ
る。上記重合体はポリスチレン又はポリ−α−メチルス
チレンをフルオロメチル化した重合体であり、種々の方
法によシ製造されるが最も望ましい方法はフルオロメチ
ル化スチレン系単量体せたばこれとスチレン系単量体を
公知の方法によシ重合する方法である。フルオロメチル
化スチレン系単聞゛体は各種の方法により製造されるが
、例えばβ−フェニルエチルプロミドとクロロメチルメ
チルエーテルを反応させてβ−ブロモエチルベンジルク
ロライドを合成し、次いで脱HBrによりクロロメチル
スチレンを合成し、更にこれをフッ素化剤と反応させる
ことによ如製造される。
フルオロメチル化−α−メチルスチレンも同様にして合
成できる。
フルオロメチル化スチレン系単量体またはこれとスチレ
ン系単量体との重合反応の方式や条件は、任意に選択で
き、例えば塊状重合、溶液重合、懸濁m1合、乳化重合
など゛各種の方式を採用することができる。開始剤とし
ては、反応条件下で遊離ラジカルを生じる化合物などが
使用される。好ましい種類には、ジイソプロピルパーオ
キシジカーボネート、アンモニウムパーサルフェードな
どの過酸化物およびアゾビスイソブチコニ1−リルなど
のアゾニトリル類などがある。開始剤の使用量は、単量
体に対して1〜1000重量ppmの範囲から選ぶのが
通常であるが、この範囲に限定されるものではない。目
的共重合体の重合度、反応時間、重合温度などの因子に
依存するからである。重合温度は、開始剤の分解温度に
応じて一80〜250°Cである。一般に40〜150
 ’Cの範囲が好ましい。
溶液重合で使用できる溶媒としては、ベンゼン、トルエ
ン、キシレン等の芳香族炭化水素、テトラハイドロフラ
ン、ジメチルポルムアミド、ジメチルスルホキシド、ア
セトニトリル、メチルエチルケトン、テトラハイドロフ
ラン、ジオキサン、二硫化炭素等の1種又は2種以上を
挙げることができる。
反応混合物から重合体を回収する場合も通常の方法が採
用されてよく、例えばアセトン、ベンゼン、トルエンの
如く重合体を溶解しうる溶剤に−旦溶解せしめたうえ、
メタノールの如く重合体が溶解しない溶剤を加えて重合
体のみを再沈殿せしめればよい。
本発明の重合体においてフルオロメチル化スチレン系単
量体の割合は広い範囲から選択できるが、通常は約20
〜100モル%が好ましく、特に約30〜100モル%
が好ましい。重合体の好捷しい分子量は重量平均分子量
(Mw)で約5000〜100万の範囲である。
本発明のレジスト材料は上記重合体であるポリスチレン
誘導体から構成され、この材料からなるレジスト被膜は
公知の方法によって現像されるが、その際レジスト被膜
の感度及び解像性(γ値)が著しく優れている。現像液
は公知のものが使用でき、具体的にはアセトン、メチル
エチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン類
またはこれとメタノール、イソプロパツールなどのアル
コール類との混合物、酢酸エチル、酢酸アミルなどの脂
肪酸エステル類またはこれとアルコール類との混合物、
1〜ルエン、キシレン々どの芳香族炭化水素類またはこ
れとアルコール類との混合物等を挙げることができる。
尚、上記γ値は感度曲線の直線部分が膜厚O及び1と交
わる点における照射量をそれぞれD!、Doとすると(
βog Do/Di )  で定義される値である。
本発明のレジスト材料は構造単位中にベンゼン環及びハ
ロゲンを含むために耐熱性、耐ドライエツチング性に優
れ、例えばCF4ガスによるリアクティブ スパッタエ
ツチングでばSi基板において、ポリメチルメタクリレ
ートの3倍以上の耐性を有している。
また一般に感度はレジスト材料の分子量が増大すること
によって上昇することは良く知られているが、本発明の
フルオロメチル化ポリスチレン系のレジスト材料は同分
子量のクロルメチル化ポリスチレン系レジスト材料に比
べて高感度で1)、解像性を示すとされているγ値も犬
きく優れたレジスト材料である。
以下に参考例、実施例、試験例を挙げて詳しく説明する
参考例1 β−フェニルエチルプロミド1モル及びクロロメチルメ
チルエーテル1.2モルを0.41のエチレンジクロラ
イド中でZnCl24 Ofを触媒として室温で24時
間反応させた。得られたβ−ブロモエチルベンジルクロ
ライドのうちp一体のみを石油エーテルから再A吉晶し
て分離した。
次に上記p一体体上モルt−ブトキシカリウム1.2モ
ルをt−ブタノール1.51中にて70℃で1.5時間
反応させ、p−クロロメチルスチレンを合成し、エーテ
ル抽出および減圧蒸留(60℃70.411111Hg
 )によシ精製した。
p−クロロメチルスチレン8ofをトルエン42mdに
溶解し、またKFloofを水60m1に溶解し、相間
移動触媒としてセチルトリメチルアンモニウムブロマイ
ド71を使用し、120°Cで10時間反応させること
によシモノマーであるp−フルオロメチルスチレン82
を合成した。このモノマーは有機層を水洗した後、減圧
蒸留(45°C/7mmHg )することにより精製し
た。
参考例2 市販のm−、p−混合クロロメチルスチレンヲ使用し、
参考例1と同様の方法で、m−1p−混合フルオロメチ
ルスチレンを合成した。m一体とp一体は沸点が近接し
ておシ減圧蒸留にょシ分離は不可能であった。
実施例1 参考例1で得られたp−フルオロメチルスチレン101
、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.04f
t’及びベンゼン−アセトニトリル(2:1)巴合溶媒
152を50 ccの重合用アンプルに採取し、凍結−
融解脱気を3回縁シ返した後にアンプルを溶封し、60
’Cの恒温水槽にて20時間ラジカル重合を行った。重
合終了後、大量のメタノールに注いでポリマーを得た。
次いでアセトンに溶解し、メタノールで再沈殿し減圧乾
燥して精製ポリマー87を得た。
とのポリマーの分子量をゲルパーミエイションクロマト
グラフイー(GPC)により、ポリスチレンを標準物質
とし、テトラハイドロフラン(T HF )を展開溶媒
として測定したところ、Mw90万、数平均分子量(M
n)5,2万であった。また測定溶媒としてTHFを使
用し、35℃での極限粘度〔η〕を測定したところ03
5であった。
比較例1 参考例1で得られたp−クロロメチルスチレン10fを
AIBNo、059にて塊状重合を行う以外は実施例1
と同様の方法によシ重合及び精製を行った。ポリマーの
収量は5.4Fであシ、Mw11万、実施例2 参考例2で得られたm、p−フルオロメチルスチレン1
01、AIBNo、3f及びベンゼン−アセトニトリル
(2:1)混合溶媒15S’を用いる以外は実施例1と
同様の方法により重合を行った。
ポリマーノ収量は82であシ、Mw 2.1万、Mn1
.2万、〔η〕0.14であった。
比較例2 精製された市販のm1p−クロロメチルスチレン10f
?、AIBNo、3?、ベンゼン10fを使用する以外
は実施例1と同様にして重合を行った。
ポリマーノ収量は9.1ii’であシ、MW2,9万、
Mn1.4万、〔η) 0.14であった。
実施例3 参考例1で得られたp−フルオロメチルスチレン101
、スチレン5.5へA I B’N O,12り、ベン
ゼン−アセトニトリル混合溶媒16fを用いる以外は実
施例1と同様の方法によシ重合を行った。ポリマーの収
量は10′?であシ、フッ素分析をしたところフルオロ
メチルスチレン(FMS)単位は61モル%であり、M
w4.Q万、Mn 2.3万、〔η〕018であった。
実施例4 参考例2で得られたm、p−フルオロメチルスチレン1
0り、スチレン1531、AIBNo、075r、ベン
ゼン−アセI・ニトリル混合溶媒252を用いた以外は
実施例1と同様に重合を行った。ポリマーの収量は14
グであり、F M S単位は38モル%Mw5,7万、
Mn3,5万、[η]0.24であった。
得られたポリマーを良溶媒にベンゼン、貧溶媒にメタノ
ールを用い、5フラクシヨンに分別沈殿し、第2〜4フ
ラクシヨンをGPCによシ測定したところ、Mw/M口
1.2〜14のものが得られた。
試験例1 実施例1で得た重合体を9%のTHF溶液にし、スピナ
ーでシリコンウェハーに膜厚が1.7 tim K す
るように塗布し、95°Cで20分、加熱処理した後、
加速電圧20 kVの電子線露光機で電子線照射した。
現像は23°Cにて最初にアセトン−イソプロパツール
(1:1容量比)に1分間浸漬し、続いてメチルエチル
ケトン(MEK)に1分間浸漬することにより行った。
更にイソプロパツール(IPA)にて1分間リンスを行
った。
この時の感度(80%膜厚、以下同様)は26μC/c
rtf、γ値は21であった。また05μmライン、で
の基板との密着性は何ら問題なかった。
また形成されたパターンを200 ’Cで10分間大気
中で加熱してもパターンのだれや流れは生じなかった。
試験例2 実施例1で得た重合体を6%になるようにキシレンに溶
解し酸化シリコン膜を形成したシリコン基板上に0.5
μmの膜厚になるように塗布した。次いで試験例1と同
様の方法で露光、現像を行ったところ感度は28μC/
crl、 γ値は2.1であった。またこの場合、04
μmライン、0.8ttmスペースのラインアンドスペ
ースが描画可能であった。
尚、比較例1で得たp−クロロメチルスチレンの重合体
(PCMS)を、現像液としてアセトン−IPA(3:
l)を用いて2分間現像を行う以外は上記と同様にして
評価したところ、感度は4.4/lC/cnf、γ値は
1.3であり、同一分子量のポリフルオロメチルスチレ
ン(PFMS)よシ低感度、低γ値であった。
試験例3 実施例2で得たP F M Sを、現像液に酢酸n −
アミルを用い2分間現像する以外は試験例2と同様の方
法で評価したところ、感度は15μC/ctrr、γ値
は2.0であった。
また比較例2で得たPCM5を試験例2のPCM5の場
合と同様にして評価したところ、感度は19μC/cr
i、γ値は1.5であシ、同一分子量のPFMSより低
感度、低γ値であった。
試験例4 実施例3及び実施例4で得た共重合体を試験例2と同様
の方法で評価した。実施例3の共重合体の場合の感度は
lOμC/c、i 、γ値は2.1であり、実施例4の
共重合体の場合の感度は65μC/cd、γ値は20で
あった。
なお形成されたパターンを200°Cで10分間大気中
で加熱してもパターンのだれや流れは生じなかった。
試験例5 実施例1で得た単独重合体を酸化シリコン膜を形成した
シリコン基板上に05μmの膜厚になるように塗布し、
95°Cで30分加熱処理した後、200Wの重水素ラ
ンプにて光源から5 cmの距離で照射し、次いで試験
例1の条件で現像したところ感度はポリメチルメタクリ
レートのそれと比較してlO倍以上優れていた。
試験例6 本発明の試験例2及び試験例3で得られたPFMSの電
子線感度曲線を第1図に示す。図においてAは試験例2
、Bは試験例3の場合を示す。
Dl及びDotd感度曲線の直線部分が膜厚0及び1と
交わる点における照射量である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るレジスト被膜の電子線感度を示す
図である。 (以上) 特許出願人     ダイキン工業株式会社代理人  
弁理士口材 巌 一3α 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)式 で示される構造単位(a)、または構造単位(a)及び
    式 で示される構造単位(b)を有するポリスチレン誘導体
    から々るレジスト拐刺。 (ただしR’、■(2は水素またはメチル基を示す。)
    (2)構造単位(a)と構造単位(b)のモル比が10
    0〜20対0〜80である請求の範囲第1項に記載のレ
    ジスト材*1゜
JP6764783A 1983-04-15 1983-04-15 レジスト材料 Pending JPS59192245A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01118507A (ja) * 1987-10-30 1989-05-11 Nec Corp 平坦化材料
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