JPS58219736A - パターン形成方法 - Google Patents

パターン形成方法

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JPS58219736A
JPS58219736A JP57102019A JP10201982A JPS58219736A JP S58219736 A JPS58219736 A JP S58219736A JP 57102019 A JP57102019 A JP 57102019A JP 10201982 A JP10201982 A JP 10201982A JP S58219736 A JPS58219736 A JP S58219736A
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radiation
thin film
polymer
resist
aldehyde
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Koichi Hatada
畑田 耕一
Hiraaki Yuuki
結城 平明
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Hitachi Ltd
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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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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Other Resins Obtained By Reactions Not Involving Carbon-To-Carbon Unsaturated Bonds (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (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】 本発明は浮き彫り構造体の製造方法に関し、とくに半導
体素子、磁気バブルメモリ素子、集積回路等に適用され
る微細パターン乞形成する改良した方法に関するもので
ある。
従来、半導体素子、磁気バブルメモリ素子、集積回路等
の電子部品を製造するだ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が、近年、半導体素
子等の高密度化、高集積化を計る目的で、1 am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1 pm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、上記の光を用いる
方法は1ym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
いるリンクラフィ技術が開発、研究され、これに伴って
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ケ誘
起して、その被照射部分が現像液に不溶性となりパター
ン形成するネガ形放射線&一応性有機高分子材料に比し
て、高解像度のパターン′?:住成せしめ、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
記の材料をはじめとして、ポジ形レジスト材料はネガ形
材料に比して、その放射線感度が1/10〜1 /10
00と低く、その結果パターン形成に要する放射線照射
時間が長くなり、実用性に乏しいものであった。
なお、前記したポリ(メタクリル酸メチル)をはじめと
するポジ形レジスト材料は放射線照射により高分子鎖の
主鎖切断反応を誘起して、その分子量が低下し、その結
果、被照射部分が有機現像液に溶解しゃ丁くなり、これ
を利用してパターン形成を行うものである。しかし1分
子量の差を利用して溶解性の差を出量ためには、多くの
放射゛線照射量を必゛要とし、これがポジ形レジスト材
料を低感度ならしめる一因であった。
また、半導体素子等の製造を考えてみると、数回にわた
るレジスト工程が使用される。各レジスト工程において
は、レジストの塗布、乾燥、光あるいは放射線の照射、
および現像な必要とし、一般的な湿式処理の現像では数
10分を9jる。レジストの現像後、次の処理工程にウ
ェハな移動する時間を含めると、一層の時間がかかり、
半導体工業においては迅速な現像処理および湿式溶剤を
ほとんど使用しない処理方法に対する強い要望があった
本発明は上記したような従来技術の欠点をな(し、少な
い放射線照射量で、かつ特別に現像工程を用いたいで、
高精度の浮き彫り構造体を製造する方法を提供しようと
するものである。
上記の目的を達成するために、本発明者は放射線感応性
を有すると思われる有機高分子材料および現像方法を種
々検討の結果、211以上の脂肪族アルデヒド混合物を
相互に共重合させたアルデヒド系重合体からなる薄膜を
基板上に形成し、この高分子薄膜の所望部分に放射線を
照射量れば、特別に現像工程を用いることなしに浮き彫
り構造体を製造できる方法を見い出した。
丁なわち、本発明の方法では、放射線照射量より被照射
部分が連鎖的に崩壊し、飛散することから、特別に現像
工程を用いることなしにパターン形成ができろわけであ
る。
本発明で使用される放射線感応性高分子材料としては、
ポリエーテル型構造ン有するアルデヒド系1合体が良い
、 一般に、脂肪族アルデヒドの単独重合体は、結晶性が高
いために、多くの有機溶剤に対して難溶性であり、レジ
スト材料として使用できない。
本発明者はアルデヒド重合体の溶解性を改善することに
よって、レジスト材料として使用できる重合体を得るべ
く鋭意研究を行った結果、以下のようにして本発明を得
るに至った。
丁なわち、脂肪族アルデヒド類の2′s以上の混合物を
アニオン重合させることにより溶解性の改良されたアル
デヒド共重合体を生iすることができ(例えば、田中他
、高化、20 、694(1963))、これを放射線
感応性有機高分子材料として使用して、浮き彫り構造体
ヲ#!造丁れば良いことが見い出された・。
本発明で使用される脂肪族アルデヒド単量体71し るいは・・ロゲンイシテルキル基である様な脂肪族アル
デヒド類より選ばれた2程以上のアルデヒド単量体混合
物であり、上記のアルキル基としては好ましくは炭素数
1乃至8のものが良い。
その混合物割合をポリマー組成で規制すると。
共重合体中に含有される最大の成分が99モルチを越え
ない組成範囲より選定される。しかし、特に溶解性の高
い共重合体を得るためには、共重合体中に含有される最
大の成分が80モルチな越えないことが望ましい。
本発明の重合体をアニオン重合により得る際に用いられ
る重合触媒としては、ジメチルアルミニウム(ジフェニ
ル)アミド(C)4 )t At−N(Co Hs )
いジエチルアルミニウム(ジフェニル)アミド(Ct 
Hs )z Al−N (Ca )ls )t、エチル
アルミニウムビス(ジフェニル)アミド(Ct Hs 
)At−CN(Cs Hs )z )t、エチル亜鉛(
ジフェニル)アミドC,H,ZnN (C5Hs )t
 −エチルマグネシウム(ジフェニル)アミドC7にM
gN (C5Hs )y等が挙げられるが、これらに限
定されるものではない。なお、触媒量には限定はないが
、アルデヒド単量体混合物に対し、0.1〜5モル−0
割合で加えるのが適当である。
なお、アニオン重合を行うに当っては、重合媒体は必ず
しも用いる必要がないが、必要とする場合は、トルエン
などの炭化水素系あるいはエチルエーテル系の溶剤を使
用するのがよい。
また、重合は0℃乃至−100℃の範囲の温度で行うこ
とが出来るが、通常は一50℃乃至−80℃の温度が好
適である。さらに重合の雰囲気としては、窒素の如き不
活性ガスで充分器内の空気を置換して行うのが良い。
なお1本発明においては、重合の技術的方法それ自身に
は制限がな(、不活性な有機溶剤中に溶解させた触媒上
にアルデヒド混合物を減圧蒸溜下で仕込む方法、アルデ
ヒド自身もしくはその溶液に触媒自身又はその溶液を加
える方法等のいずれの方法を採用しても伺ら差しつかえ
ない。
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、キシレン等の汎用の有機溶媒に溶解させたも
のが使用され、通常はスピン塗布法、浸漬珍布法によっ
て素子基板に被覆される。塗布後、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する
と、被照射部分が連鎖的に崩壊して、飛散し、ポジ形の
レジストパターンが現像工程なほどこ丁ことなしに得る
ことができる。なお、必要とする場合は、トルエン−イ
ソプロピルアルコール系有機溶媒を用いて湿式現像して
も差しつかえない、 本発明のアルデヒド系重合体よりなる放射線感応性有機
高分子材料は、以上述べたように、単独で用いれば、放
射線照射によって現像処理なほどこ丁ことなく、レジス
トパターンを形成できるが、必要に応じて、ノボラック
樹脂、ポリアクリル酸エステル系ポリマー、ポリイソプ
レン樹脂、ポリスチレンなどと混合して使用しても差し
つかえない。この場合、混合したポリマに応じて現偉液
が選定され、たとえば、#Jドライエツチング性などの
特性を種々変えることができる。
また、本発明のアルデヒド系重合体は放射線に対して高
い感応性を示すが、光に対しても感応性を有しており、
感光性材料としても使用できる。
以下に本発明を合成例および実施例につき、具体的に説
明する。
合成例1 ジエチルアルミニウムジフェニルアミド。
(C!’4 )?! At N (C5Hs )tの合
成は次のようにして行った。丁なわち、攪拌器1滴下ロ
ート、三方コックお裏・び温度計を付した200mAの
四つロフラスコの内部を充分窒素で置換したのち、これ
にトルエ:/ 55 mAと(CH,CHt)!At1
4.s y (0,127mol−)を窒素気流下、三
方コックな通して注射器を用いて導入する。しばらく攪
拌して均一な溶液とした後、水冷下、ジフェニルアミン
2t4t (0,127mol )をトルエン40mt
に溶かした溶液を徐々に滴下する。滴下終了後1反応物
の温度を60℃に上げ、そのまま2時間ゆるやかに攪拌
して反応を完結させた。生成した(C!Hs)tAz−
N (c6)(、)、はトルエン溶液のまま三方コック
付容器に、窒素気流下にて貯蔵した。
合成例2〜8 重合は三方コック付重合管を用いて行った。
すなわち、約100 mAの容量のシリンダー状重合容
器に窒素気流下で、所定量のアルデヒドモノマーおよび
溶媒(通常はトルエンを使用した)を三方コックを通し
て注射器な用いて導入する。
七ツマー溶液の入った上記容器を氷−水浴で0℃に冷却
し、容器を激しく動かしながら、これに合成例1で得た
触媒溶液を所定量徐々に滴下する。触媒を加えた後、容
器馨ドライアイスーアセトン浴で一78℃に冷却し、静
置して所定時間重合させる。重合後、1含湿合物はアン
モニア性メタノールで処理して触媒を分解した後、メタ
ノール中に1日間浸漬してからb別し一メタノールで数
回洗浄して真空乾燥した。なお、場合によっては、モノ
マー溶液を触媒溶液に加えて重合を行った。
分析あるいは熱分析により生成するガスの組成分析によ
り求めた。
(Y語l匍 □ 第  1  表 重合時間:24時間、全モノマー量: 100mm0L
、溶媒:トルエン1反応混合物の全量:27m1、開始
剤CC*Hs)tん” (C5Hs )1 m 0.1
8 m mobモノマーの略号 AA:アセトアルデヒド BAニブチルアルデヒド PAニブロバナール PhPA : 5−フェニ1ルプロパナールH人=ヘプ
タナール IBA:インブチルアルデヒド 実施例1 合成例2で得たアセトアルデヒドとブチルアルデヒドと
の共重合体をキシレンに溶解させ、02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
ンウェハ上に塗布し、80℃、20分間プリベークして
、15βm厚の高分子被膜を形成させた。これを電子線
照射装置内に入れて、真空中加速電圧20 KVの電子
線によって、場所的に照射量の異なる照射を行った。
その結果、被照射部分が現像処理をほどこ丁ことなしに
膜ベリし、種々の異なる照射量で照射した箇所について
、薄膜段差計を用いて残存高分子被膜の膜厚を測定し、
残存膜厚(規格化)を電子線照射量(クーロン/cd)
に対してプロットし、感電子線特性な表わj第1図を得
た。
これより残膜率が零となる最小照射量を求めた所2.8
X10−’クーロン/cdであり、極めて高感度なポジ
形レジストであることが確認された。
たとえば、代表的なポジ形レジストであるポリメタクリ
ル酸メチルの電子線感度はlX10−’り一ロン/dで
あり1本発明のポジ形レジスト材料を用いれば現像処理
をほどこすことなしに少ない照射量で浮き彫、り構造体
が形成できた。
実施例2 合成例2で得たアセトアルデヒドとブチルアルデヒドと
の共重合体をトルエンに溶解させ、0.3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
リコンウェハ上に塗布し、80℃、20分間プリベーク
して、2.0am厚の高分子被膜を形成させた。これを
軟X線発生装置内に入れて、真空中1oKWの回転水冷
式銀ターゲットから発生する波長4.2人の軟X線を照
射し、残存膜厚(規格化)と軟X線照射量(rrJ /
ad )との関係を求めた。その結果を第2図に示した
が、膜厚が零となる最小照射量を求めた所、19m1/
−であり、極めて高感度なポジ形レジストであることが
確認された。たとえば。
代表的なポジ形レジストであるポリメタクリル酸メチル
の軟X線感度は約2000mT/′−であり、本発明の
ポジ形レジスト材料はポリメタクリル酸メチルに比し、
2桁以上の高い軟X線感応性を有することが確認された
実施例6〜:8 合成例3〜.(i3で得たアルテヒド共貞合体をキシレ
ンに溶解させ、約0.2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tシリコンウェハ上に
塗布し、80℃、20分間プリベークして約1.5am
厚の高分子被膜を形成させた。
果をまとめて第2表に示すが、いずれも放射線に対する
感応性が高く、高感度ポジ形レジストであることが確認
された。
比較例 実施例と同、様に、アセトアルデヒド単独重合体、ある
いはブチルアルデヒド単独重合体について、レジスト材
料としての評価を試みたが、いずれも汎用有機溶媒に溶
解するものは得られず、!用に惧し得るものは得られな
かった。
第  2  表 り 0内の数値は共重合体中のモル比を表わ丁。
モノマーの略号 八人:アセトアルデヒド BAインブチルアルデヒ ドAニゲロバナール PhPA : 5−フェニルグロパナールHA:ヘプタ
ナール IBA:インブチルアルデヒド 以上の説明に明らかなように、本発明によれば、少ない
放射線照射量で、かつ現像処理をほどこすことなしに、
浮き彫り構造体を製造することができ、半導体等の製造
に顕著な効果な示す・
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の放射線感応性高分子材料の感電子線特
性な示す図、第2図は本発明の放射線感応性高分子材料
の感軟X@特性ン示す図である。 2 1  図 児 廿 移 ル 月 石 1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 基板上に、放射線崩壊性高分子材料からなる薄膜
    を形成し、この高分子薄膜の所望部分に放射線を照射す
    ることにより、現像処理なほどこ丁ことなしに浮き彫り
    構造体を製造する方法。 2 放射線崩壊性高分子材料がアルデヒド系重合体から
    なることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の浮き
    彫り構造体を製造する方法。
JP57102019A 1982-06-16 1982-06-16 パターン形成方法 Granted JPS58219736A (ja)

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