JPS5975244A - 放射線感応性有機高分子材料 - Google Patents

放射線感応性有機高分子材料

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JPS5975244A
JPS5975244A JP18601782A JP18601782A JPS5975244A JP S5975244 A JPS5975244 A JP S5975244A JP 18601782 A JP18601782 A JP 18601782A JP 18601782 A JP18601782 A JP 18601782A JP S5975244 A JPS5975244 A JP S5975244A
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Koichi Hatada
畑田 耕一
Shigeru Danjo
滋 檀上
Tatsuki Kitayama
辰樹 北山
Hiraaki Yuuki
結城 平明
Kazuyuki Moriwaki
森脇 和幸
Hiroaki Aritome
有留 宏明
Susumu Nanba
難波 進
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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
    • G03F7/039Macromolecular compounds which are photodegradable, e.g. positive electron resists

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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】 〔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等の製造
に必要な微細パターン形成に好適な電子線、X線、イオ
ンビーム等の放射線に高い感応性を示すポジ形放射線感
応性有機高分子材料に関する。
〔従来技術〕
従来、半導体素子、磁気バブルメモリ素子等の電子部品
を製造するためのパターン形成法としては、紫外線また
は可視光線に感応するフォトレジストを利用する方法が
幅広く実用化されている。
近年、半導体素子等の高密度化、高集積化を計る目的で
、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、上記の光を使用する方法では、その光
の固有な性質である回折、散乱および干渉等により1μ
m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く、上記した光
を用いる方法は1μm以下の幅のパターンを形成する方
法としては不適であった。
これに対処して、最近、紫外線または可視光線を使用し
て微細加工を施す写真食刻技術に代って、たとえば電子
線、X線、イオンビーム等の高エネルギーの放射線を用
いるリングラフィ技術が開発、研究され、これ圧伴って
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。
なかでも放射線の照射によって高分子鎖の切断反応を誘
起して、その被照射部分が現像液に可溶性となりパター
ンを形成するポジ形放射線感応性有機高分子材料、たと
えばポリ(メタクリル酸メチル)、ポリ−(1−ブテン
スルホン)等は放射線の照射によって架橋反応を誘起し
てその被照射部分が現像液に可溶性となりパターン形成
するネガ形感応性有機材料に比して、感度特性曲線から
得られるガンマ値が太きいために、高解像度のパターン
を生成せしめ微細加工用レジスト材料としては極めて好
都合である。
しかし、前記した材料をはじめとしてポジ形感応性有機
高分子材料はネガ形のそれに比l−てその感度が1/1
o〜’/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、実用性に乏しいものであった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記したような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な放
射線に対して高い感応性を有するポジ形放射線感応性有
機高分子材料を提供することにあり、とくに放射線照射
により分子量の著しい低下とともに、分子中にカルボキ
シル基が生成することから、被照射部分の溶解〔発明の
概要〕 上記の目的を達成するために1放射線感応性を有すると
思われる有機高分子材料を種々検討した結果、この種の
材料として 1     ・・・・・・(1) (但し式中、R1はメチル基、エチル基、ループロピル
基又はフェニル基を表わし、R2,RsおよびR4は水
素、アルキル議、アリール基、又はアルアルキル基を表
わ−f)で表わされる繰り返し単位を主成分とするα−
置換アクリル酸エステル系重合体を見い出すに至った。
尚、前記したα−置換アクリル酸エステル系重合体は、
単一の繰り返し単位から成る単独重合体あるいは2種以
上の繰り返し単位から成る共重合体として使用される。
更には、前記一般式fi+で示される繰り返し単位と、
CM、 = C基を有する付加重合性単量体の重合によ
り得た繰り返し単位とを含む共重合体も本発明のポジ形
放射線感応性有機高分子材料として使用される。
すなわち、上記した重合体は電子線、X線、イオンビー
ム等の高エネルギーな放射線の照射によって、その被照
射部分がアルカリ溶液に可溶性となることから、アルカ
リ現像ができるポジ形放射線感応性有機高分子材料とし
て使用でき、分子中に芳香環構造を含有しているために
ドライエツチングに対する耐性に優れているものである
かつ又、被照射部分のみが、アルカリ溶液に可溶性とな
るために、極めて高解像性のレジストパターンが得られ
、少ない放射線照射量でレジストパターンを形成するこ
とができる。
本発明において使用される放射線感応性有機高分子材料
は、以下のよ51Cして得ることかで7 。
きる。
すなわち、一般式(2): %式% (2) (但し式中、R8はメチル基、エチル基、n−プロピル
基又はフェニル基を表わし、R,、R3およびR4は水
素、アルキル基、アリール基、又はアルアルキル基を表
わす)で示される単量体の一種以上をラジカル重合又は
アニオン重合などによりビニル重合させることにより得
た高分子材料、あるいは、一般式(2)で示した単量体
の一種以上と一般式(31:   R1 C’E2: C C°=0    ・・・・・・(3) R7 (但し式中、R,はメチル基、エチル基、n−プロピル
基又はフェニル基を表わし、R1はアルキル基、アリー
ル基、アルアルキル基、又は窒素、酸素、イオウなとの
へテロ原子を含む置換基を表わす)で示されるCH,=
 C基を有する付加重合性単量体の一種以上とをビニル
重合により共重合させた高分子材料が放射線感応性有機
高分子材料として使用される。
なお、一般式(2)で示される単量体と、一般式(3)
で示される単量体との共重合体を本発明の放射線感応性
有機高分子材料として使用する場合放射線感応性の点か
ら、一般式(1)で表わされる繰り返し単位が少なくと
も1モルチ以上含有されることが望ましい。
本発明の放射線感応性有機高分子材料を半導体素子等の
パターンを形成するために使用する場合には、例えば、
トルエン、キシレン、クロロホルム等の通常の有機溶媒
に溶解させたものが使用され、通常は素子基板にスピン
コーティングされる。コーテイング後、適当な温度条件
でプリベークしたのち、所望のパターンに放射線を照射
後、被照射部分を現像液圧溶解させることによりレジス
トパターンが得られる。
この際、使用される現像液としてはメチルイソブチルケ
トン−イソプロピルアルコール系混合溶媒等の有機溶媒
も使用できるが、少ない放射線照射量で、高解像性のレ
ジストパターンをせた現像液、ピリジン、ピペリジン、
トリメチルアミン、トリエチルアミン、水酸化ナトリウ
ム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなど
の有機、無機塩基性物質をアルコ・−ル等に溶解させた
現像液などを用いると極めて好都合である。
〔発明の実施例〕
以下に本発明を、実施例で具体的に詳細に説明する。
合成例1 メタクリル酸トリチル(一般式(2)において、R8が
メチル基、R,、R,および1?4が水素である化合物
)の合成はジエチルエーテル中メタクリル酸の銀塩とト
リチルクロライドとの反応により行なった。(参考文献
: N、A、Ad、rova and L。
K、prokhorova、 Vyzokomol、 
5oedin、’、 3 、1509(1961) )
得られたメタクリル酸トリチルを石油エーテルから再結
晶して精製した。
融点:102〜103℃ NMRスペクトル(10%CC’t、溶液):1、90
 ppm (sirLglet 、 3H)−メチルプ
ロトン5.49 、 /1.13 ppm (two 
multiplets 、 2H)−ビニル基のβ−プ
ロトン 7.20 ppm (mtbl tiplet 、 1
5B)−フェニルプロトン 合成例2 合成例1で得たメタクリル酸トリチル0.167とメタ
クリル酸メチル0.95pをトルエン2.6−に溶解さ
せ、アゾビスイソブチロニトリル0.0269−を重合
開始剤として60℃で24時間重合させた。重合混合物
を大量のメタノール中に投じて生成共重合体を沈殿させ
、−夜放置したのち、戸別し、メタノールで洗浄し、減
圧乾燥した。共重合体生成量は1.10 pであった。
共重合体中に含有されるメタクリル酸トリチル単位は5
.0モル饅であり、生成共重合体の数平均分子量は10
1,000 であった。
合成例3 合成例1で得たメタクリル酸トリチル053zとメタク
リル酸メチル1.85Pをトルエン2−に溶解し、これ
にパーロイルIPP (日本油脂製)のトルエン溶液(
0,82mol / 7 ) 0.25−を加えて30
℃で24時間重合させた。重合混合物を大量のメタノー
ル中に投じて生成共重合体を沈殿させ一夜放置したのち
、炉別し、メタノールで洗浄し、減圧乾燥した。共重合
体生成量は2.2y−であった。共重合体中に含有され
るメタクリル酸トリチル単位は8.0モル饅であり、生
成共重合体の数平均分子量は88,000であった。
合成例4 合成例1で得たメタクリル酸トリチル1.30pとメタ
クリル酸メチル468tをテトラヒビ0フラン50mノ
に溶解し、これに0.95Mn−ブチルリチウムのへブ
タン溶液1.32mノを加えて、−78℃で24時間重
合させた。重合混合物を大量のメタノール中に投じて生
成共重合体を沈殿させ、−夜放置したのちr別し、メタ
ノールで洗浄し減用乾燥した。共重合体生成量は5.9
8 ?であり共重合体中に含有されるメタクリル酸トリ
チル単位は78モル%であった。また、その数平均分子
量は36.000であった。
実施例1 合成例2で得たポリ(メタクリル酸トリチル−メタクリ
ル酸メチル)をトルエンに溶解させ6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ヲシリコン
ウエハ上にスピンコーティングして、0.3μm厚の高
分子被膜を形成させた。これを100℃で60分間プリ
ベークしたのち、電子線照射装置置内に入れて、真空中
加速電圧20騨の電子線によって場所的に照射量の異な
る照射を行ない、これをナトリウムメチラートの2.5
wt%メタノール溶液に30秒間浸漬し現像したのち、
イソプロピルアルコールでリンスすることにより照射部
分を可溶化させた。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高分子残存膜厚を測定して、残膜
率が零となる最小照射量を求めた所、 3 X 10−
60/fflであり、たとえば代表的な電子線レジスト
であるポリメタクリル酸メチルに比し、2桁以上の高い
感度を有することが確認された。
実施例2〜6 合成例3〜4で得たポリ(メタクリル酸トリチル−メタ
クリル酸メチル)をトルエンに溶解させ、6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
シリコンウエノ1上にスピンコーティングして、0.3
μm厚の高分子被膜を形成させた。これを100℃で6
0分間プリベークしたのち、実施例1と同様にして加速
電圧20KVの電子線を照射した。これをナトリウムメ
チラートの2.5wt%メタノール溶液に60秒間浸漬
し現像したのち、イソプロピルアルコールでリンスする
ことにより照射部分を可溶化させた。残膜率が零となる
最小照射量を求めた所それぞれ、2X10′C/ff1
.5X10’ C/jであり、たとえば代表的な電子線
レジストであるポリメタクリル酸メチルに比し、約1桁
高い感度を有することが確認された。
比較例 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
を実施例と同様にしてシリコンウェハ上に0.3μm厚
に塗布し、150℃で30分間プリベークしたのち、加
速電圧20KVの電子線を照射した。
実施例と同様にして現像、リンスを行ない、°残膜率が
零となる最小照射量を求めた所1.3 x 10−4C
7−であり、実施例に比し低い感度を示した。
〔発明の効果〕
以上の説明に明らかなように、本発明による放射線感応
性高分子材料をレジスト材料として用いれば、電子線に
よる直接描画やX線の一括照射により極めて少ない放射
線照射量で、パターン精度の高い微細加工をほどこすこ
とができ15・ 半導体工業の分野において、従来の写真食刻技術に代っ
て、超微細化半導体等の製造に極めて有用である。
以上述べたように、本発明による高分子材料は極めて効
用の犬なるものである。
・ 16・

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1    ・・・・・・(1) (但し式中、Roはメチル基、エチル基、nプロピル基
    又はフェニル基を表わし、R,、R。 およびR4は水素、アルキル基、アリール基、又はアル
    アルキル基を表わj)で表わされる繰り返し単位からな
    ることを特徴とする放射線パブ(・小1内携西4トド■
    畠゛。 以  下  余  白 1       ・・・・・・ (1)(但し式中、R
    1はメチル基、エチル基、n−プロピル基又はフェニル
    基を表わし、R1゜R8およびR4は水素、アルキル基
    、アリール基、又はアルアルキル基を表わす)で表わさ
    れる繰り返し単位と、C1l、 == C、基を有する
    付加重合性単量体の重合により得られた繰り返し単位と
    を含む共重合体からなることを特徴とする放射線感応性
    有機高分子材料。 !    ・・−・・(1) (但し式中、R7はメチル基、エチル基、′n。 −プロピル基又はフェニル基を表わし、R3゜R8およ
    びR4は水素、アルキル基、アリール基、又はアルアル
    キル基を表わす)で表わされる繰り返し単位と、メタク
    リル酸メチルとの重合により得られた共重合体からなる
    ことを特徴とする放射線感応性有機高分子材料。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JPWO2017110060A1 (ja) * 2015-12-21 2018-08-30 日本曹達株式会社 コーティング剤

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