JPH0513307B2 - - Google Patents
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- JPH0513307B2 JPH0513307B2 JP59057335A JP5733584A JPH0513307B2 JP H0513307 B2 JPH0513307 B2 JP H0513307B2 JP 59057335 A JP59057335 A JP 59057335A JP 5733584 A JP5733584 A JP 5733584A JP H0513307 B2 JPH0513307 B2 JP H0513307B2
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- methylstyrene
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/004—Photosensitive materials
- G03F7/038—Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
本発明は、電子線又はX線に対し感応性を有す
るパーフルオロアルキル基含有重合体をレジスト
材として使用するレジストパターン形成方法に関
する。
従来、半導体集積回路製造の際のリソグラフイ
ーとしては、2500〜4000Åの波長をもつ紫外線を
用いたフオトリソグラフイーが採用されている
が、近年、半導体集積回路の高密度化、高集積化
に伴い電子線、X線等を用いたリソグラフイー技
術が注目され、実用化されつつある。これらのリ
ソグラフイー技術は、電子線あるいはX線によつ
て微細レジストパターンを形成させ、それをマス
クとしてエツチングを施し、上記パターンを基板
に転写するものである。その際のエツチングにお
いては、従来よりウエツトエツチング方式が用い
られてきたが、その転写精度に限界があるため、
転写精度のより高いドライエツチング方法が採用
されつつある。
従つて、サブミクロンレベルの微細加工に用い
る実用的なレジスト材としては、電子線、X線に
対して感度及び解像度が高く、かつ、ドライエツ
チング耐性を有することが必要である。
本発明者らは、このような要求性能を満足する
ネガタイプのレジスト材に関して鋭意研究を行つ
た結果、パーフルオロアルキル基を含む特殊な化
学構造をもつ重合体が満足できる性能を有するこ
とを見い出し本発明に至つた。
すなわち、本発明は、電子線あるいはX線によ
るレジストパターン形成において、レジスト材と
して下記の一般式()で示されるパーフルオロ
アルキル基含有重合体を使用することを特徴とす
るレジストパターン形成方法である。
(式中、Rfは炭素数2から20であるパーフル
オロアルキル基を表わし、R1及びR2は水素原子
あるいは炭素数1から5のアルキル基を表わし、
X,Yはそれぞれ重合体中の各単量体単位の数を
表わし、X/X+Yの値は0.01から1.0の範囲にあ
る。)
本発明に用いるレジスト材の一般式()で示
されるパーフルオロアルキル基含有重合体は、例
えば以下に示す方法で製造することができる。
すなわち、一般式()で表わされるパーフル
オロアルキルヨードニウム塩
(式中、Rfは上記に同じ、φは置換又は未置
換のフエニル基、Rは炭素数1から5であるパー
フルオロアルキル基、低級アルキル基あるいは水
酸基を表わす)と
一般式()で表わされる繰返し単位からなる
重合体
(式中、R1及びR2は水素原子あるいは炭素数
1から5のアルキル基を表わす)
とを反応させることからなる方法である。
この方法によれば反応中、一般式()で表わ
される繰返し単位からなるベースとなる重合体の
主鎖切断、架橋反応等の副作用を起こすことな
く、目的とする重合体を得ることができる。
本発明に用いるレジスト材としては、下記のも
のを例示することができる。
本発明に用いるレジスト材の分子量は、数千か
ら数百万の範囲にあることが好ましい。その分子
量が数千以下であると、レジスト材により形成さ
れた膜の機械的強度及び耐熱性が劣るようにな
る。又、数百万以上であると、レジスト材を用い
て膜の形成を行う際、レジスト材溶液の粘度が高
くなりすぎて、所定の膜厚に制御することが困難
になつたり、取扱い上の困難さを生じたりする。
又、その分子量分布も目的に応じて選ぶことがで
き、重量平均分子量/数平均分子量(以下、
w/nと記す)で表わされる値が1.0〜1.1の範
囲にある狭いものから、20〜50の範囲にある広い
ものまで適宜に使用できる。w/nが1.0〜
1.1の範囲以下のレジスト材は、事実上合成が不
可能であり、又、w/nが20〜50の範囲以上
のレジスト材では、該レジスト材からなる膜上に
電子線あるいはX線により描画し形成したパター
ンの解像性が充分でなくなつてくる。
レジスト材からなる膜を基板上に形成する方法
としては、該レジスト材を適宜な溶媒で溶解した
溶液を基板上にスピンコート法で塗布し、その後
加熱処理することによつて溶媒を蒸発し、除去す
る方法が挙げられる。レジスト材の溶液の濃度
は、形成しようとする膜の厚さ、取扱いやすさ等
を考慮した上で選ぶ必要がある。又、加熱処理す
る温度としては、選んだ溶媒の沸点よりも50℃低
い温度以上、レジスト材が熱分解する温度以下の
範囲で選ぶことが好ましい。温度が溶媒の沸点よ
り50℃低い温度未満であると、加熱処理の時間を
長くしても溶媒の除去が充分でなくなる。又、加
熱処理の時間は、温度との兼ね合いで決められる
が、通常、1分〜2時間の範囲にあることが好ま
しい。加熱処理の時間が1分以下では、溶媒の除
去が充分に行えない。又、2時間を越えると半導
体集積回路の生産性が著しく低下する。
このようにして基板上に形成させるレジスト材
の膜の厚さは通常0.1〜2μm程度にすればよい。
レジスト材の膜の厚さが0.1μm未満であると厚さ
ムラのために基板が露出してしまう部分が生じ易
くなる。又、その厚さが2μmを越えると形成した
パターンの解像性が劣るようになる。
本発明に用いる基板としては、例えば、不純物
をドープしたシリコン基板単独、もしくはこの基
板上に酸化シリコンの薄層を設けたものなどの半
導体基板、又は透明ガラス板上にクロム膜もしく
は酸化クロム膜を積層したものなどのマスク基板
等を挙げることができる。
本発明で用いる一般式()で表わされる重合
体からなるレジスト材は、電子線やX線の照射に
より架橋反応を起こす。これは、これらの放射線
によつてベンゼン環に直結したパーフルオロアル
キル基が開裂を起こし、該反応によつて生じた活
性種により重合体分子同士の架橋反応が進行する
ためであると推定される。すなわち、パーフルオ
ロアルキル基に存在するフツ素原子のために電子
線やX線に対する感度が良好となり、パーフルオ
ロアルキル基が主鎖に優先して開裂を生ずるもの
と思われ、更に又、重合体中に存在するベンゼン
環は良好なドライエツチング耐性を付与するもの
と推定される。従つて、一般式()中の
X/X+Yの値は0.01以上でなくてはならない。も
しこの値が0.01未満であると感応性ばかりでな
く、放射線照射後の架橋密度も不充分となつてし
まう。
このように本発明で用いるレジスト材は電子線
あるいはX線に感応するネガタイプのレジスト材
であるから、これを用いてレジストパターンを形
成するには、前述のように基板上に形成したレジ
スト膜の電子線あるいはX線を所望のパターンに
照射した後、未照射部分のレジスト材を選択的に
除去する方法が用いられる。
未照射部分のレジスト材を選択的に除去する方
法は、一般式()で表わさせる重合体に対して
いわゆる良溶媒と言われる溶媒中に、放射線照射
後のレジスト膜を基板ごと浸漬してやればよい。
このような良溶媒としては、例えば、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、クロロホルム、THF、
ジオキサン、メチルエチルケトン、シクロヘキサ
ノン、メチルイソブチルケトン、エチルセルソル
ブ、酢酸エチル等がある。又、該未照射部分のレ
ジスト材を溶解できる範囲内で、良溶媒中に貧溶
媒を加えた混合溶媒もこの目的に使用することが
可能である。該貧溶媒としては例えば、メチルア
ルコール、エチルアルコール、イソプロピルアル
コール、ブチルアルコール、アセトン等が挙げら
れる。
本発明で用いるレジスト材は、電子線又はX線
に対する感度及び解像度において優れている。こ
こで感度(以下、S値という)とは、放射線照射
量と残膜厚との関係を描いた感度曲線図におい
て、照射量の増加に対して飽和状態に達した残膜
厚最終値の50%にあたる残膜厚に対応する照射量
の値で示されるもので、小さい程感度が高い。
又、解像度(以下γ値という)とは、感度曲線の
S値に対応する接線上で残膜厚が零及び最終値で
ある点に対する照射量をそれぞれd1及びd2とした
とき、1/log10(d2/d1)の値で示されるもの
で、大きい程解像度が高い〔詳細は「フツ素化合
物の最先端応用技術」(株)シーエムシー昭和56年4
月24日発行、139〜140頁を参照。〕
すなわち、本発明で用いられるレジスト材のS
値及びγ値は、電子線に対してそれぞれ数μc/
cm2〜数十μc/cm2及び1.0〜2.0、X線に対して100
〜200mJ/cm2及び1.0〜2.0の値であり、実用上充
分な感度と解像性を有しており、従つて本発明の
方法によると効率よく鮮明なレジストパターンを
形成することができる。
以下、合成例及び実施例により本発明の具体例
を更に詳細に説明する。
合成例 1
100mlのナス型フラスコに重量平均分子量4.04
×104、重量平均分子量(w)/数平均分子量
(n)=1.08であるポリα−メチルスチレン20g
(単量体単位で17.0mmol)をとり、クロロホルム
38mlに溶解した。この溶解を攪拌しながらこれに
アセトニトリル25mlを滴下し、均一な溶液とし
た。
更にこれにピリジン1.37ml(17.0mmol)を加
えた。該フラスコにコンデンサーを装着し、フラ
スコを75℃のオイルバスに入れ昇温した。5分間
攪拌後、ペンタフルオロエチルフエニルヨードニ
ウムトリフルオロメタンスルホネート
を少しずつ加え、10分間で全量添加した。添加
後、同温度で攪拌しながら更に10分間反応させ
た。
反応後、反応液をシリカゲルを充てんした短い
カラムにかけ、クロロホルムを展開溶媒として
過した。流出液を濃縮後、該濃縮液を500mlのメ
タノール中にそそぎ、重合体を析出させた。過
により重合体を集め、真空乾燥により乾燥して白
色重合体1.92gを得た。
得られた重合体が下式の構造を有することを以
下の方法で確認した。
1 赤外スペクトル(KBr法)
本合成例で得られた重合体のスペクトルは、
1330,1285,1205,1130,1090,1025,990,
970,830,790,725cm-1の各位置に、原料のポリ
α−メチルスチレンには存在しない吸収が現れ
た。
2 19F−NMR(CDCl3溶媒、化学シフト内部標
準CFCl3)
−85ppm(t.3F)
−115ppm(m.2F)
の各位置に本合成例で得られた重合体のフツ素原
子による吸収が現れた。
尚、ベンゾトリフロライドを内部標準としてパ
ーフルオロエチル化率(X/X+Y)を測定したと
ころ0.24であつた。
3 熱分解生成物
本合成例で得られた白色重合体を加熱して行く
と、約200℃で分解し始めた。分解生成物をマス
スペクトルにより分析すると、その全てがα−メ
チルスチレン
The present invention relates to a resist pattern forming method using a perfluoroalkyl group-containing polymer sensitive to electron beams or X-rays as a resist material. Traditionally, photolithography using ultraviolet light with a wavelength of 2,500 to 4,000 Å has been used for lithography in the production of semiconductor integrated circuits, but in recent years, with the increasing density and integration of semiconductor integrated circuits, Lithography technology using electron beams, X-rays, etc. is attracting attention and is being put into practical use. These lithography techniques form a fine resist pattern using electron beams or X-rays, use this as a mask for etching, and transfer the pattern onto a substrate. For etching, wet etching has traditionally been used, but because of its limitations in transfer accuracy,
Dry etching methods with higher transfer accuracy are being adopted. Therefore, a practical resist material used for microfabrication at the submicron level must have high sensitivity and resolution to electron beams and X-rays, and be resistant to dry etching. As a result of intensive research into negative-type resist materials that satisfy these performance requirements, the present inventors discovered that a polymer with a special chemical structure containing perfluoroalkyl groups had satisfactory performance. This led to the invention. That is, the present invention is a resist pattern forming method characterized by using a perfluoroalkyl group-containing polymer represented by the following general formula () as a resist material in resist pattern formation using electron beams or X-rays. . (In the formula, Rf represents a perfluoroalkyl group having 2 to 20 carbon atoms, R 1 and R 2 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms,
X and Y each represent the number of each monomer unit in the polymer, and the value of X/X+Y is in the range of 0.01 to 1.0. ) The perfluoroalkyl group-containing polymer represented by the general formula () of the resist material used in the present invention can be produced, for example, by the method shown below. That is, a perfluoroalkyl iodonium salt represented by the general formula () (In the formula, Rf is the same as above, φ is a substituted or unsubstituted phenyl group, R is a perfluoroalkyl group, lower alkyl group, or hydroxyl group having 1 to 5 carbon atoms) and is represented by the general formula () polymer consisting of repeating units (In the formula, R 1 and R 2 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.) According to this method, the desired polymer can be obtained during the reaction without causing side effects such as main chain cleavage or crosslinking of the base polymer consisting of repeating units represented by the general formula (). As the resist material used in the present invention, the following can be exemplified. The molecular weight of the resist material used in the present invention is preferably in the range of several thousand to several million. If the molecular weight is less than several thousand, the mechanical strength and heat resistance of the film formed from the resist material will be poor. In addition, if the viscosity exceeds several million, the viscosity of the resist material solution becomes too high when forming a film using the resist material, making it difficult to control the film thickness to a predetermined thickness, and making handling difficult. may cause difficulties.
In addition, its molecular weight distribution can be selected depending on the purpose, and the weight average molecular weight / number average molecular weight (hereinafter referred to as
The value expressed by w/n can range from a narrow range of 1.0 to 1.1 to a wide range of 20 to 50. w/n is 1.0~
Resist materials with a w/n value below the range of 1.1 are practically impossible to synthesize, and resist materials with a w/n value of 20 to 50 or more cannot be drawn on a film made of the resist material using electron beams or X-rays. However, the resolution of the formed pattern becomes insufficient. A method for forming a film made of a resist material on a substrate is to apply a solution in which the resist material is dissolved in an appropriate solvent onto the substrate using a spin coating method, and then evaporate the solvent by heat treatment. One example is a method of removing it. The concentration of the resist material solution must be selected in consideration of the thickness of the film to be formed, ease of handling, etc. The temperature for the heat treatment is preferably selected within the range of 50° C. lower than the boiling point of the selected solvent and lower than the temperature at which the resist material is thermally decomposed. If the temperature is less than 50° C. lower than the boiling point of the solvent, the solvent will not be removed sufficiently even if the heat treatment time is increased. Further, the time for the heat treatment is determined depending on the temperature, but it is usually preferably in the range of 1 minute to 2 hours. If the heat treatment time is less than 1 minute, the solvent cannot be removed sufficiently. Moreover, if the time exceeds 2 hours, the productivity of semiconductor integrated circuits will drop significantly. The thickness of the resist material film thus formed on the substrate may normally be about 0.1 to 2 μm.
If the thickness of the resist material film is less than 0.1 μm, parts of the substrate are likely to be exposed due to thickness unevenness. Moreover, if the thickness exceeds 2 μm, the resolution of the formed pattern will be poor. Substrates used in the present invention include, for example, a single silicon substrate doped with impurities, a semiconductor substrate such as a thin layer of silicon oxide on this substrate, or a chromium film or chromium oxide film on a transparent glass plate. Examples include a mask substrate such as a laminated one. The resist material made of the polymer represented by the general formula () used in the present invention undergoes a crosslinking reaction when irradiated with electron beams or X-rays. This is presumed to be because the perfluoroalkyl group directly connected to the benzene ring is cleaved by these radiations, and the active species generated by this reaction promotes a crosslinking reaction between polymer molecules. . In other words, the fluorine atom present in the perfluoroalkyl group makes it more sensitive to electron beams and It is presumed that the benzene ring present therein provides good dry etching resistance. Therefore, the value of X/X+Y in general formula () must be 0.01 or more. If this value is less than 0.01, not only the sensitivity but also the crosslinking density after radiation irradiation will be insufficient. As described above, the resist material used in the present invention is a negative type resist material that is sensitive to electron beams or X-rays, so in order to form a resist pattern using it, it is necessary to A method is used in which a desired pattern is irradiated with electron beams or X-rays, and then the resist material in unirradiated areas is selectively removed. A method for selectively removing the resist material in the unirradiated areas is to immerse the resist film together with the substrate after irradiation in a solvent that is said to be a good solvent for the polymer represented by the general formula (). good. Examples of such good solvents include benzene, toluene, xylene, chloroform, THF,
Examples include dioxane, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl isobutyl ketone, ethyl cellosolve, and ethyl acetate. Further, a mixed solvent in which a poor solvent is added to a good solvent can also be used for this purpose within a range that can dissolve the resist material in the non-irradiated areas. Examples of the poor solvent include methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol, butyl alcohol, and acetone. The resist material used in the present invention has excellent sensitivity and resolution to electron beams or X-rays. Sensitivity (hereinafter referred to as S value) refers to the final value of residual film thickness at 50% of the final value of residual film thickness that reaches saturation with respect to an increase in radiation dose in a sensitivity curve diagram depicting the relationship between radiation dose and residual film thickness. It is indicated by the value of the irradiation amount corresponding to the remaining film thickness in %, and the smaller the value, the higher the sensitivity.
In addition, resolution (hereinafter referred to as γ value) is 1/, where d 1 and d 2 are the irradiation doses at the points where the remaining film thickness is zero and the final value, respectively, on the tangent line corresponding to the S value of the sensitivity curve. It is indicated by the value of log 10 (d 2 / d 1 ), and the higher the value, the higher the resolution.
Published on March 24th, see pages 139-140. ] That is, S of the resist material used in the present invention
The value and γ value are several μc/
cm 2 to several tens of μc/cm 2 and 1.0 to 2.0, 100 for X-rays
The values are ˜200 mJ/cm 2 and 1.0 to 2.0, and have practically sufficient sensitivity and resolution. Therefore, according to the method of the present invention, a clear resist pattern can be formed efficiently. Hereinafter, specific examples of the present invention will be explained in more detail with reference to Synthesis Examples and Examples. Synthesis example 1 Weight average molecular weight 4.04 in a 100ml eggplant flask
×10 4 , weight average molecular weight (w)/number average molecular weight (n) = 1.08 poly α-methylstyrene 20g
(17.0 mmol in monomer unit) and chloroform
Dissolved in 38ml. While stirring the solution, 25 ml of acetonitrile was added dropwise to form a homogeneous solution. Furthermore, 1.37 ml (17.0 mmol) of pyridine was added to this. A condenser was attached to the flask, and the flask was placed in a 75°C oil bath to raise the temperature. After stirring for 5 minutes, pentafluoroethyl phenyl iodonium trifluoromethanesulfonate was added little by little, and the entire amount was added over 10 minutes. After the addition, the reaction was continued for an additional 10 minutes while stirring at the same temperature. After the reaction, the reaction solution was passed through a short column filled with silica gel, and chloroform was used as a developing solvent. After concentrating the effluent, the concentrated solution was poured into 500 ml of methanol to precipitate a polymer. The polymer was collected by filtration and dried by vacuum drying to obtain 1.92 g of a white polymer. It was confirmed by the following method that the obtained polymer had the structure of the following formula. 1 Infrared spectrum (KBr method) The spectrum of the polymer obtained in this synthesis example is
1330, 1285, 1205, 1130, 1090, 1025, 990,
Absorption that does not exist in the raw material polyα-methylstyrene appeared at each position of 970, 830, 790, and 725 cm −1 . 2 19 F-NMR (CDCl 3 solvent, chemical shift internal standard CFCl 3 ) Absorption by fluorine atoms of the polymer obtained in this synthesis example at each position of -85ppm (t.3F) -115ppm (m.2F) appeared. The perfluoroethylation rate (X/X+Y) was measured using benzotrifluoride as an internal standard and found to be 0.24. 3. Thermal Decomposition Products When the white polymer obtained in this synthesis example was heated, it began to decompose at about 200°C. When the decomposition products were analyzed by mass spectroscopy, all of them were α-methylstyrene.
【式】とパーフル
オロエチル化されたα−メチルスチレン
[Formula] and perfluoroethylated α-methylstyrene
【式】であつた。このこと は本重合体中にIt was [formula]. this thing is in this polymer
【式】及び[Formula] and
【式】で表わされる繰返し単位が存在
することを示す。
尚、高速液体クロマトグラフイーによる観察
で、得られた重合体は原料重合体が持つていた分
子量分布とほぼ同等の分子量分布を保有している
ことがわかつた。
合成例 2
合成例1で用いたペンタフルオロエチルフエニ
ルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート
を8.01gから2.00g(4.25mmol)にしたほかは、
合成例1と同様にして行い、白色重合体1.81gを
得た。得られた重合体の赤外スペクトル、19F−
NMRの吸収位置は、合成例1で得られたものと
同じであつた。又、熱分解生成物の全てがα−メ
チルスチレンとパーフルオロエチル化されたα−
メチルスチレンIndicates the existence of a repeating unit represented by the formula. In addition, observation by high performance liquid chromatography revealed that the obtained polymer had a molecular weight distribution almost equivalent to that of the raw material polymer. Synthesis Example 2 The pentafluoroethyl phenyl iodonium trifluoromethanesulfonate used in Synthesis Example 1 was changed from 8.01g to 2.00g (4.25mmol).
It was carried out in the same manner as in Synthesis Example 1 to obtain 1.81 g of a white polymer. Infrared spectrum of the obtained polymer, 19 F−
The NMR absorption position was the same as that obtained in Synthesis Example 1. In addition, all of the thermal decomposition products are α-methylstyrene and perfluoroethylated α-
methylstyrene
【式】であ
つた。
尚、19F−NMRによりパーフルオロエチル化率
を測定すると0.046であつた。
合成例 3
ポリα−メチルスチレンとして重量平均分子量
2.7×105,w/n=1.07であるものを用い、
クロロホルムを39ml、アセトニトリルを24mlにし
たほかは合成例1と同様に行い、白色重合体1.98
gを得た。得られた重合体の赤外スペクトル、19F
−NMRの吸収位置は、合成例1で得られたもの
と同じであつた。又、熱分解生成物の全てがα−
メチルスチレンとパーフルオロエチル化されたα
−メチルスチレンIt was [formula]. Incidentally, the perfluoroethylation rate was measured to be 0.046 by 19 F-NMR. Synthesis example 3 Weight average molecular weight as poly α-methylstyrene
2.7×10 5 , w/n=1.07,
The procedure was repeated in the same manner as in Synthesis Example 1, except that chloroform was changed to 39 ml and acetonitrile was changed to 24 ml.
I got g. Infrared spectrum of the obtained polymer, 19 F
-NMR absorption position was the same as that obtained in Synthesis Example 1. In addition, all of the thermal decomposition products are α-
Methylstyrene and perfluoroethylated α
-Methylstyrene
【式】で
あつた。尚、19F−NMRによりパーフルオロエチ
ル化率を測定すると0.16であつた。
合成例 4
200mlのナス型フラスコに合成例1で用いたと
同様のポリα−メチルスチレン3.00g(単量体単
位で25.4mmol)をとり、クロロホルム58mlに溶
解した。この溶液を攪拌しながら、これにアセト
ニトリル38.7mlを滴下し、均一な溶液とした。更
にこれにピリジン2.05ml(25.4mmol)を加えた。
該フラスコにコンデンサーを装着し、フラスコ
を75℃のオイルバスに入れ昇温した。5分間攪拌
後、パーフルオロ−n−ブチルフエニルヨードニ
ウムトリフルオロメタンスルホネート
を少しずつ加え、10分間で全量添加した。添加
後、同温度で攪拌しながら更に10分間反応させ
た。反応後、反応液をシリカゲルを充てんした短
いカラムにかけ、クロロホルムを展開溶媒として
過した。流出液を濃縮後、該濃縮液を600mlの
メタノール中にそそぎ重合体を析出させた。
過により重合体を集め、真空乾燥により乾燥
して白色重合体4.02gを得た。
得られた重合体が下式の構造を有することを以
下の方法で確認した。
1 赤外スペクトル(KBr法)
本合成例で得られた重合体のスペクトルは、
1345,1230,1130,1085,1000,980,865,840,
810,740,720cm-1の各位置に、原料のポリα−
メチルスチレンには存在しない吸収が現れた。
2 19F−NMR(CDCl3溶媒、化学シフト内部標
準CFCl3)
−81.7ppm(t.3F)
−111.6ppm(m.2F)
−123.6ppm(m.2F)
−126.2ppm(m.2F)
各位置に本合成例で得られた重合体のフツ素原
子による吸収が現れた。尚、ベンゾトリフロライ
ドを内部標準としてパーフルオロ−n−ブチル化
率(X/X+Y)を測定したところ0.34であつた。
3 熱分解生成物
本合成例で得られた白色重合体を加熱してゆく
と約200℃で分解し始めた。分解生成物をマスス
ペクトルにより分析すると、その全てがα−メチ
ルスチレンIt was [formula]. Incidentally, the perfluoroethylation rate was measured to be 0.16 by 19 F-NMR. Synthesis Example 4 3.00 g (25.4 mmol in monomer units) of polyα-methylstyrene similar to that used in Synthesis Example 1 was placed in a 200 ml eggplant-shaped flask and dissolved in 58 ml of chloroform. While stirring this solution, 38.7 ml of acetonitrile was added dropwise to form a homogeneous solution. Furthermore, 2.05 ml (25.4 mmol) of pyridine was added to this. A condenser was attached to the flask, and the flask was placed in a 75°C oil bath to raise the temperature. After stirring for 5 minutes, perfluoro-n-butylphenyl iodonium trifluoromethanesulfonate was added little by little, and the entire amount was added over 10 minutes. After the addition, the reaction was continued for an additional 10 minutes while stirring at the same temperature. After the reaction, the reaction solution was passed through a short column filled with silica gel, and chloroform was used as a developing solvent. After concentrating the effluent, the concentrated solution was poured into 600 ml of methanol to precipitate a polymer. The polymer was collected by filtration and dried by vacuum drying to obtain 4.02 g of a white polymer. It was confirmed by the following method that the obtained polymer had the structure of the following formula. 1 Infrared spectrum (KBr method) The spectrum of the polymer obtained in this synthesis example is
1345, 1230, 1130, 1085, 1000, 980, 865, 840,
At each position of 810, 740, 720 cm -1 ,
Absorption not present in methylstyrene appeared. 2 19 F-NMR (CDCl 3 solvent, chemical shift internal standard CFCl 3 ) -81.7ppm (t.3F) -111.6ppm (m.2F) -123.6ppm (m.2F) -126.2ppm (m.2F) each Absorption by fluorine atoms of the polymer obtained in this synthesis example appeared at this position. The perfluoro-n-butylation rate (X/X+Y) was measured using benzotrifluoride as an internal standard and found to be 0.34. 3. Thermal Decomposition Products When the white polymer obtained in this synthesis example was heated, it began to decompose at about 200°C. When the decomposition products were analyzed by mass spectroscopy, all of them were α-methylstyrene.
【式】とパーフルオ
ロ−n−ブチル化されたα−メチルスチレン
[Formula] and perfluoro-n-butylated α-methylstyrene
【式】であつた。このこ とは本重合体中に、It was [formula]. this child In this polymer,
【式】及び[Formula] and
【式】で表わされる繰返し単位が存在
することを示す。
尚、高速液体クロマトグラフイーによる観察
で、得られた重合体は原料重合体が持つていた分
子量分布とほぼ同等の分子量分布を保有している
ことがわかつた。
合成例 5
25mlのナス型フラスコに合成例1で用いたと同
様のポリα−メチルスチレン151mg(単量体単位
で1.28mmol)をとり、クロロホルム3mlに溶解
した。この溶液を攪拌しながら、これにアセトニ
トリル2mlを滴下し、均一な溶液とした。更にこ
れにピリジン0.10ml(1.28mmol)を加えた。該
フラスコにコンデンサーを装着し、フラスコを75
℃のオイルバスに入れ昇温した。5分間攪拌後、
ヘプタフルオロイソプロピル−p−フルオロフエ
ニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネー
ト686mg(1.27mmol)を少しずつ加え、10分間で
全量添加した。添加後、同温度で攪拌しながら、
更に10分間反応させた。反応後、反応液をシリカ
ゲルを充てんした短いカラムにかけ、クロロホル
ムを展開溶媒として過した。流出液を濃縮後、
該濃縮液を50mlのメタノール中にそそぎ、重合体
を析出させた。過により重合体を集め、真空乾
燥により乾燥して白色重合体130mgを得た。
得られた重合体が下式の構造を有することを以
下の方法で確認した。
1 赤外スペクトル(KBr法)
本合成例で得られた重合体のスペクトルは、
1295,1275,1215,1160,975,950,820,715cm
−1の各位置に、原料のポリα−メチルスチレンに
は存在しない吸収が現れた。
2 19F−NMR(CDCl3溶媒、化学シフト内部標
準CFCl3)
−76.2ppm(6F)
−183.0ppm(1F)
の各位置に本合成例で得られた重合体のフツ素原
子による吸収が現れた。尚、ベンゾトリフロライ
ドを内部標準としてヘプタフルオロイソプロピル
化率(X/X+Y)を測定したところ0.14であつた。
3 熱分解生成物
本合成例で得られた白色重合体を加熱して行く
と約200℃で分解し始めた。分解生成物をマスス
ペクトルにより分析すると、その全てがα−メチ
ルスチレンIndicates the existence of a repeating unit represented by the formula. In addition, observation by high performance liquid chromatography revealed that the obtained polymer had a molecular weight distribution almost equivalent to that of the raw material polymer. Synthesis Example 5 151 mg (1.28 mmol in monomer units) of polyα-methylstyrene similar to that used in Synthesis Example 1 was placed in a 25 ml eggplant-shaped flask and dissolved in 3 ml of chloroform. While stirring this solution, 2 ml of acetonitrile was added dropwise to form a homogeneous solution. Furthermore, 0.10 ml (1.28 mmol) of pyridine was added to this. Attach a condenser to the flask and set the flask to 75
It was placed in an oil bath at ℃ to raise the temperature. After stirring for 5 minutes,
686 mg (1.27 mmol) of heptafluoroisopropyl-p-fluorophenyl iodonium trifluoromethanesulfonate was added little by little, and the entire amount was added over 10 minutes. After addition, while stirring at the same temperature,
The reaction was continued for an additional 10 minutes. After the reaction, the reaction solution was passed through a short column filled with silica gel, and chloroform was used as a developing solvent. After concentrating the effluent,
The concentrated solution was poured into 50 ml of methanol to precipitate a polymer. The polymer was collected by filtration and dried by vacuum drying to obtain 130 mg of a white polymer. It was confirmed by the following method that the obtained polymer had the structure of the following formula. 1 Infrared spectrum (KBr method) The spectrum of the polymer obtained in this synthesis example is
1295, 1275, 1215, 1160, 975, 950, 820, 715cm
Absorption that does not exist in the raw material polyα-methylstyrene appeared at each position of -1 . 2 19 F-NMR (CDCl 3 solvent, chemical shift internal standard CFCl 3 ) Absorption by fluorine atoms of the polymer obtained in this synthesis example appears at each position of -76.2ppm (6F) -183.0ppm (1F). Ta. The heptafluoroisopropylation rate (X/X+Y) was measured using benzotrifluoride as an internal standard and found to be 0.14. 3. Thermal Decomposition Products When the white polymer obtained in this synthesis example was heated, it began to decompose at about 200°C. When the decomposition products were analyzed by mass spectroscopy, all of them were α-methylstyrene.
【式】とヘペタフル
オロイソプロピル化されたα−メチルスチレン
[Formula] and hepetafluoroisopropylated α-methylstyrene
【式】であつた。この
ことは本重合体中に、
It was [formula]. This means that in this polymer,
【式】及び[Formula] and
【式】で表わされる繰返し単位が存在
することを示す。尚、高速液体クロマトグラフイ
ーによる観察で得られた重合体は、原料重合体の
持つていた分子量分布とほぼ同等の分子量分布を
保有していることがわかつた。
合成例 6
ポリα−メチルスチレンの代わりにポリ4−ビ
ニルトルエン(重量平均分子量7.2×104,w/
Mn=1.06)2.0gを用いたほかは合成例1と同
様に行い、白色重合体1.96gを得た。
合成例1と同様な分析(赤外スペクトル、19F−
NMR、熱分解生成物の分析)の結果、得られた
重合体は下記の構造を有していることがわかつ
た。
実施例 1
合成例1で得られたペンタフルオロエチル化ポ
リα−メチルスチレン1.0gをキシレン10mlに溶
解し、該溶液をシリコンウエーハ上に塗布し、更
に該ウエーハを120℃の乾燥器中で25分間プレベ
ークした。
こうしてシリコンウエーハ上に0.54μmのペン
タフルオロエチル化ポリα−メチルスチレン薄膜
を形成させた。次いでプレベークされた該塗膜の
所望部分に、加速電圧20Kvの電子線を種々のド
ーズ量で照射した。その後、キシレンを現像液と
して現像処理を行い、電子線未照射部分を溶解除
去せしめ、ウエーハ上にレジストパターンを形成
した。この時の電子線ドーズ量(横軸)と塗膜残
厚(縦軸)との関係を描いた感度曲線図を第1図
に示す。
第1図より読みとつたS値及びγ値は、それぞ
れ1.5×10-5C/cm2及び1.5であつた。
実施例 2〜6
合成例2〜6で得られた重合体を実施例1と同
様にキシレン溶液とし、ウエーハ上に塗布し、プ
レベークを行い、第1表に示す厚さの塗膜を形成
させた。その後、実施例1と同様に電子線を種々
のドーズ量で照射し、キシレンで現像を行つた。
この時の電子線ドーズ量(横軸)と塗膜残厚(縦
軸)との関係を描いた感度曲線図を第2〜6図に
示す。
第2〜6図より読みとつたS値及びγ値は、第
2表に示すとおりであつた。Indicates the existence of a repeating unit represented by the formula. Note that the polymer obtained by observation by high performance liquid chromatography was found to have a molecular weight distribution almost equivalent to that of the raw material polymer. Synthesis Example 6 Poly-4-vinyltoluene (weight average molecular weight 7.2×10 4 , w/
Synthesis Example 1 was repeated except that 2.0 g of Mn=1.06) was used, and 1.96 g of a white polymer was obtained. Analysis similar to Synthesis Example 1 (infrared spectrum, 19 F−
As a result of NMR (analysis of thermal decomposition products), it was found that the obtained polymer had the following structure. Example 1 1.0 g of pentafluoroethylated polyα-methylstyrene obtained in Synthesis Example 1 was dissolved in 10 ml of xylene, the solution was applied onto a silicon wafer, and the wafer was heated in a dryer at 120°C for 25 minutes. Prebaked for a minute. In this way, a 0.54 μm pentafluoroethylated polyα-methylstyrene thin film was formed on the silicon wafer. Next, desired portions of the prebaked coating film were irradiated with an electron beam at an accelerating voltage of 20 Kv at various doses. Thereafter, development was performed using xylene as a developer to dissolve and remove the portions that had not been irradiated with the electron beam, thereby forming a resist pattern on the wafer. A sensitivity curve diagram depicting the relationship between the electron beam dose (horizontal axis) and the remaining coating film thickness (vertical axis) at this time is shown in FIG. The S value and γ value read from FIG. 1 were 1.5×10 −5 C/cm 2 and 1.5, respectively. Examples 2 to 6 The polymers obtained in Synthesis Examples 2 to 6 were made into a xylene solution in the same manner as in Example 1, applied onto a wafer, and prebaked to form a coating film with the thickness shown in Table 1. Ta. Thereafter, in the same manner as in Example 1, electron beams were irradiated at various doses and development was performed with xylene.
Sensitivity curve diagrams depicting the relationship between the electron beam dose (horizontal axis) and the coating film residual thickness (vertical axis) at this time are shown in FIGS. 2 to 6. The S value and γ value read from FIGS. 2 to 6 were as shown in Table 2.
【表】
第2表
S値(C/cm2) γ値
実施例2 1.9×10-5 1.6
実施例3 2.0×10-6 1.6
実施例4 2.6×10-5 1.1
実施例5 2.0×10-5 1.3
実施例6 4.8×10-6 1.5
実施例 7
合成例3で得られた重合体を実施例1と同様に
キシレン溶液とし、ウエーハ上に塗布し、プレベ
ークを行ない、0.55μmの厚さの塗膜を形成させ
た。次いで該塗膜の所望部分に数オングストロー
ムの波長を持つX線を種々の露光量で照射した。
その後、キシレン現像液として現像処理を行いX
線未照射部分を溶解除去せしめ、ウエーハ上にレ
ジストパターンを形成した。この時のX線露光量
と塗膜残厚の関係を描いた感度曲線図を第7図に
示す。
第7図より読みとつたS値及びγ値は、それぞ
れ160mJ/cm2及び1.6であつた。
比較例 1
重量平均分子量4.04×10-4,w/n=1.08
でるポリα−メチルスチレン5.1gをキシレン50
mlに溶解し、該溶液をシリコンウエーハ上に塗布
した後、該ウエーハを120℃の乾燥器中で25分間
プレベークした。
こうしてシリコンウエーハ上に0.58μmのポリ
α−メチルスチレン薄膜を形成させた。その後、
実施例1と同様に電子線を種々のドーズ量で照射
し、キシレン100mlとメタノール100mlの混合溶媒
で現像した。この時の電子線ドーズ量(横軸)と
塗膜残厚(縦軸)との関係を描いた感度曲線図を
第8図に示す。
第8図に示すようにパーフルオロアルキル基を
導入していないポリα−メチルスチレンは、電子
線により崩壊型となることがわかつた。[Table] Table 2 S value (C/cm 2 ) γ value Example 2 1.9×10 -5 1.6 Example 3 2.0×10 -6 1.6 Example 4 2.6×10 -5 1.1 Example 5 2.0×10 - 5 1.3 Example 6 4.8×10 -6 1.5 Example 7 The polymer obtained in Synthesis Example 3 was made into a xylene solution in the same manner as in Example 1, applied onto a wafer, prebaked, and made into a 0.55 μm thick solution. A coating film was formed. Then, desired portions of the coating film were irradiated with X-rays having a wavelength of several angstroms at various exposure doses.
After that, it is developed using a xylene developer and
The non-irradiated portions were dissolved and removed to form a resist pattern on the wafer. A sensitivity curve diagram depicting the relationship between the amount of X-ray exposure and the remaining thickness of the coating film at this time is shown in FIG. The S value and γ value read from FIG. 7 were 160 mJ/cm 2 and 1.6, respectively. Comparative example 1 Weight average molecular weight 4.04×10 -4 , w/n=1.08
5.1 g of polyα-methylstyrene is added to 50 g of xylene.
After applying the solution onto a silicon wafer, the wafer was prebaked in a dryer at 120° C. for 25 minutes. In this way, a 0.58 μm polyα-methylstyrene thin film was formed on the silicon wafer. after that,
As in Example 1, electron beams were irradiated at various doses and developed with a mixed solvent of 100 ml of xylene and 100 ml of methanol. A sensitivity curve diagram depicting the relationship between the electron beam dose (horizontal axis) and the remaining coating film thickness (vertical axis) at this time is shown in FIG. As shown in FIG. 8, it was found that polyα-methylstyrene into which no perfluoroalkyl group had been introduced was degraded by electron beams.
第1〜6図は、それぞれ実施例1〜6で得た電
子線ドーズ量と残膜厚との関係を描いた感度曲線
図、第7図は実施例7で得たX線露光量と残膜厚
との関係を描いた感度曲線図、及び第8図は比較
例1で得た電子線ドーズ量と残膜厚との関係を描
いた感度曲線図である。
Figures 1 to 6 are sensitivity curve diagrams depicting the relationship between the electron beam dose and residual film thickness obtained in Examples 1 to 6, respectively, and Figure 7 is a sensitivity curve diagram depicting the relationship between the X-ray exposure amount and residual film thickness obtained in Example 7. A sensitivity curve diagram depicting the relationship with film thickness, and FIG. 8 is a sensitivity curve diagram depicting the relationship between the electron beam dose obtained in Comparative Example 1 and the remaining film thickness.
Claims (1)
形成において、レジスト材として下記の一般式で
示されるパーフルオロアルキル基含有重合体を使
用することを特徴とするレジストパターン形成法 (式中、Rfは炭素数2から20であるパーフル
オロアルキル基を表わし、R1及びR2は水素原子
あるいは炭素数1から5のアルキル基を表わし、
X,Yはそれぞれ重合体中の各単量体単位の数を
表わし、X/X+Yの値は0.01から1.0の範囲にあ る。)[Scope of Claims] 1. A resist pattern forming method using a perfluoroalkyl group-containing polymer represented by the following general formula as a resist material in resist pattern formation using electron beams or X-rays. (In the formula, Rf represents a perfluoroalkyl group having 2 to 20 carbon atoms, R 1 and R 2 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms,
X and Y each represent the number of each monomer unit in the polymer, and the value of X/X+Y is in the range of 0.01 to 1.0. )
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59057335A JPS60201336A (en) | 1984-03-27 | 1984-03-27 | Formation of resist pattern |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59057335A JPS60201336A (en) | 1984-03-27 | 1984-03-27 | Formation of resist pattern |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60201336A JPS60201336A (en) | 1985-10-11 |
| JPH0513307B2 true JPH0513307B2 (en) | 1993-02-22 |
Family
ID=13052696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59057335A Granted JPS60201336A (en) | 1984-03-27 | 1984-03-27 | Formation of resist pattern |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60201336A (en) |
-
1984
- 1984-03-27 JP JP59057335A patent/JPS60201336A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60201336A (en) | 1985-10-11 |
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