JPH0329802B2 - - Google Patents

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JPH0329802B2
JPH0329802B2 JP5553282A JP5553282A JPH0329802B2 JP H0329802 B2 JPH0329802 B2 JP H0329802B2 JP 5553282 A JP5553282 A JP 5553282A JP 5553282 A JP5553282 A JP 5553282A JP H0329802 B2 JPH0329802 B2 JP H0329802B2
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discharge
polymerization
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gas
film
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、微細パタン形成用レジストに応用し
うる、放電グラフト重合体膜と、その製造方法に
関する。 近年、集積回路の作製において各種基板及び被
覆層のエツチング加工又は不純物のドーピング加
工のために部分的マスク材として有機高分子重合
体のレジスト組成物を用いて微細パタンを形成さ
せる技術が進展してきた。 レジスト組成物を用いて微細パタンを形成させ
るためには可視光又は紫外光を用いたフオト・リ
ングラフイーによるのが通常であるが、最近は電
子線、X線など波長の極めて短いエネルギー線を
用いたマイクロ・リングラフイーによる加工精度
の向上が図られつつある。このためのレジスト組
成物には、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、
ポリフツ化アルキルメタクリレート〔例えばポリ
テトラフルオロプロピルメタクリレート
(PFPM)、ポリヘキサフルオロブチルメタクリ
レート(PFBM)〕などの有機高分子重合体が用
いられてきた〔松山謙太郎「電子線、X線レジス
ト材料「電子通信学会誌第61巻、第8号第823頁
(1978)、及び特願昭52−14605号参照〕。 このような有機高分子重合体は、あらかじめ重
合によつて高分子量化された物質を適当な溶媒に
溶解し、スピナー法あるいはデイツプ法によつて
基板上塗布し薄膜を形成させるものである。スピ
ナー法あるいはデイツプ法を用いる場合、重合体
を溶液にするために大量の溶媒を必要とする上に
ピンホール等の欠陥が発生しやすい。更に、段差
のついた基板においては、段差部の均一塗布がで
きないこと、及び基板との密着力が悪いなどの欠
点を持つている。 このために、レジスト薄膜を基板上に作製する
ために、溶媒を用いないいわゆるドライ・プロセ
スの実現が望まれていた。 現像時のエツチング剤によるパタンのサイドエ
ツチング等に基因する加工精度の低下を防ぐため
に、極微細パタン作製にはCCl4,CF4などのガ
ス・プラズマによつて基板加工を行うドライエツ
チングが主流になりつつある。 以上述べたように、ドライ状態でのパタン形成
レジスト膜の作製法が必要とされ、また薄膜は露
光後のパターニング及び基板加工エツチング過程
でのガスプラズマ耐性の強い材料であることが望
まれている。上記問題点を解決すべく、ドライ状
態でのレジスト膜形成に放電重合を用いる方法が
開発されてきた(特願昭54−152069号)。このよ
うな放電重合では薄膜成長速度は早いが、原料ガ
スにガス・プラズマという高エネルギーを適用す
るため、生成した薄膜は通常の重合物と比較し
て、単量体構造の破壊が多く起り、レジスト材料
としての特性(感度、解像度)を低下させること
が多かつた。 一方、単量体構造を保たせたまま、ドライ状態
が薄膜化させる方法として、光気相重合法が考え
られるが、低い薄膜生成速度、単量体の基板上へ
の凝縮による膜厚の不均一性、光増感剤の混入な
どの問題点が残されていた。 本発明の目的は、前記の各欠点を解決し、溶媒
を用いないで基板上にレジスト薄膜をうる、放電
グラフト重合体膜とその製造方法を提供するにあ
る。 すなわち本発明を概説すれば、本発明の第1の
発明(重合体膜)は、基板上で、下記一般式
(): (式中、R1は水素又はメチル基を示し、R2
アルキル基、フツ化アルキル基又はグリシジル基
を示す)で表される化合物の少なくとも1種より
なる単量体ガスを、グロー放電重合と気相グラフ
ト重合により重合させて、該基板上に相当する重
合体を生成、積層させたことを特徴とする放電グ
ラフト重合体膜に関する。 そして、本発明の第2の発明(製造方法)は、
基板を設置した、下記一般式(): (式中、R1は水素又はメチル基を示し、R2
アルキル基、フツ化アルキル基又はグリシジル基
を示す)で表される化合物の少なくとも1種より
なる単量体ガス中で、グロー放電を開始し、その
後、グロー放電重合と気相グラフト重合とを繰返
し、それによつて該基板上に相当する重合体を生
成、積層させることを特徴とする放電グラフト重
合体膜の製造方法に関する。 以下、添付図面に基づいて本発明を具体的に説
明する。 第1図は、本発明の製造方法で使用する放電グ
ラフト重合装置の一例の概要図である。 第1図において、1は反応容器、2及び3は単
量体ガス導入口、4は排気口、5は基板、6は高
周波電極、7は高周波電源である。 ここで、基板5としては、シリコンウエハ、ガ
ラスあるいはポリエステル等の材料を用いること
ができる。 高周波電極6として、第1図には平行電極型を
示したが、平行電極のほかにコイル状の高周波電
極をも用いることができる。また反応容器1とし
て、ガラス、石英を用いると、容器外部に電極を
設けることもできる。 第2図には、コイル状高周波電極を用いた装置
形状の一例を示す。 すなわち第2図は、本発明の製造方法で使用す
る誘導結合型(コイル型)放電グラフト重合装置
の一例の概要図である。第2図において、2,4
〜7は第1図と同義であり、8は絶縁体の反応容
器である。 放電グラフト重合体膜の製造には、まず反応容
器を真空にした後、単量体ガスを10〜10-3トル導
入し、電極に高周波電圧を印加し、ガス状単量体
に放電を行わせる。この放電によつて反応容器内
の単量体は重合を起し基板上に、単量体構成原子
によつて成り立つ放電重合体膜が形成される。 次に、高周波電圧印加を止め、単量体ガスのフ
ロー状態は継続する。こうすることによつて、放
電重合体膜表面の残留ラジカルによつて、気相グ
ラフト重合が、高い開始効率で開始される。引続
き、電圧印加により放電重合を行い、以下同様の
操作を繰返すことにより、基板上に放電グラフト
重合体膜を形成することができる。この工程を第
3図に示す。すなわち第3図は、本発明の製造方
法による放電グラフト重合体膜作製の一例におけ
る各工程の製品を断面図で示した工程図である。
第3図において、5は基板、11は放電重合によ
つて生成する薄膜、12は放電停止中のグラフト
重合によつて生成する薄膜、13は上記行程の繰
返しによつて得られた放電グラフト重合体膜であ
る。 該工程は、放電時ガス圧力1×10-3〜1トル、
グラフト重合時圧力1×10-2〜10トル、そして全
グロー放電時間/全気相グラフト重合時間比1〜
1/1000で連続して繰返し行うのが好適である。 放電時に、1×10-3トル未満の単量体ガス圧力
で放電を安定に維持することは難しく、基板上に
薄膜を製造することはできなかつた。 逆に、高圧力に単量体供給を保つた場合、メチ
ルメタクリレート及びフツ化アルキルアクリレー
トでは、1トルを越えるガス圧力において、放電
重合時に気相で連鎖反応を起こし、雪状のバルキ
ー重合体粉末が反応容器内及び基板上に付着し、
基板を完全に覆つた薄膜は作製することが不可能
であつた。 グラフト重合時は単量体圧力が1×10-2トル未
満では、膜厚成長速度が極端に低下して、0.5μm
の膜厚を得るのに4時間以上を要した。更に生成
した膜は、オリゴマーを多く含むもので、耐溶剤
性が低く、メチルエチルケトン/イソプロピルア
ルコール=1/9の現像液で溶解してしまつた。グ
ラフト重合時に単量体圧力が10トルを越えると、
反応容器中の温度差で基板上に単量体が凝縮し、
液滴状にオリゴマーを含んだ膜が生成し、凹凸の
激しい不均一の膜となつた。耐溶剤性も上記の現
像溶媒に溶解してしまつて、レジストとしての利
用はできなかつた。 なお、本発明方法において、放電時ガス圧力
と、グラフト重合時圧力は、同一でも異なつてい
てもよい。 次に、全グロー放電時間/全気相グラフト重合
時間比について説明すると、グロー放電時間が長
いと、既述の従来技術におけるように、単量体構
造の破壊が多く起り、レジスト材料としての特性
を低下させる。他方、気相グラフト重合時間を極
端に長くすると、膜厚成長速度は低下し、実質的
にレジスト膜として使う厚さにすることが困難で
ある。したがつて、これらのバランス上、前記の
1〜1/1000の比が好適であることがわかつた。 以下、本発明を実施例により更に具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。 実施例 1 シリコン基板上に、後記表1に示した重合条件
で、メチルメタクリレート及びフツ化アルキルメ
タクリレートの放電グラフト重合体膜を作製し
た。 表1において、使用した単量体は、式H2C=C
(CH3)COORで示されるメタクリレートにおけ
るRのみで示した。
The present invention relates to a discharge graft polymer film that can be applied to a resist for forming fine patterns, and a method for manufacturing the same. In recent years, advances have been made in the technology of forming fine patterns using organic polymer resist compositions as partial mask materials for etching or impurity doping of various substrates and covering layers in the production of integrated circuits. . To form fine patterns using resist compositions, photophosphorography using visible light or ultraviolet light is usually used, but recently energy beams with extremely short wavelengths such as electron beams and X-rays have been used. Efforts are being made to improve the machining accuracy using the micro ring graphie used. Resist compositions for this purpose include polymethyl methacrylate (PMMA),
Organic polymers such as polyfluorinated alkyl methacrylates [e.g. polytetrafluoropropyl methacrylate (PFPM), polyhexafluorobutyl methacrylate (PFBM)] have been used [Kentaro Matsuyama, "Electron Beam and X-ray Resist Materials", Electronic Communication See Academic Journal Vol. 61, No. 8, p. 823 (1978), and Japanese Patent Application No. 14605/1982].Such organic polymers are produced by appropriately adding substances that have been made to have a high molecular weight through polymerization. It is dissolved in a suitable solvent and applied to a substrate using a spinner method or dip method to form a thin film.When using the spinner method or dip method, a large amount of solvent is required to turn the polymer into a solution. Defects such as pinholes are likely to occur on the surface.Furthermore, when using a substrate with steps, it has drawbacks such as the inability to apply uniformly on the step and poor adhesion to the substrate. In order to fabricate a resist thin film on a substrate, it has been desired to realize a so-called dry process that does not use a solvent. Dry etching, which processes the substrate using gas plasma such as CCl 4 or CF 4 , is becoming mainstream for the production of ultra-fine patterns. In addition, it is desired that the thin film be made of a material with strong gas plasma resistance during patterning after exposure and during substrate processing and etching processes. A method using polymerization has been developed (Japanese Patent Application No. 54-152069). Although the thin film growth rate is fast in this type of discharge polymerization, since the high energy of gas plasma is applied to the raw material gas, the produced thin film is Compared to ordinary polymers, the monomer structure was more likely to be destroyed, and the properties as a resist material (sensitivity, resolution) were often reduced.On the other hand, while the monomer structure was maintained, Photo-vapor phase polymerization is a possible method for thinning films in dry conditions, but it has problems such as low thin film formation rate, non-uniform film thickness due to condensation of monomers on the substrate, and contamination with photosensitizers. An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks and to provide a discharge graft polymer film and a method for producing the same, which can form a resist thin film on a substrate without using a solvent. To summarize the present invention, the first invention (polymer film) of the present invention has the following general formula (): (In the formula, R 1 represents hydrogen or a methyl group, and R 2 represents an alkyl group, a fluorinated alkyl group, or a glycidyl group). The present invention relates to a discharge graft polymer film characterized in that the present invention is polymerized by vapor phase graft polymerization to produce and laminate a corresponding polymer on the substrate. And the second invention (manufacturing method) of the present invention is
The following general formula () with the board installed: (In the formula, R 1 represents hydrogen or a methyl group, and R 2 represents an alkyl group, a fluorinated alkyl group, or a glycidyl group.) The present invention relates to a method for producing a discharge-grafted polymer film, characterized in that glow-discharge polymerization and gas-phase graft polymerization are repeated, thereby producing and laminating a corresponding polymer on the substrate. Hereinafter, the present invention will be specifically described based on the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of an example of a discharge graft polymerization apparatus used in the production method of the present invention. In FIG. 1, 1 is a reaction vessel, 2 and 3 are monomer gas inlets, 4 is an exhaust port, 5 is a substrate, 6 is a high frequency electrode, and 7 is a high frequency power source. Here, as the substrate 5, a material such as a silicon wafer, glass, or polyester can be used. Although a parallel electrode type is shown in FIG. 1 as the high frequency electrode 6, a coiled high frequency electrode can also be used in addition to the parallel electrode. Further, when glass or quartz is used as the reaction vessel 1, electrodes can be provided outside the vessel. FIG. 2 shows an example of the shape of a device using a coiled high-frequency electrode. That is, FIG. 2 is a schematic diagram of an example of an inductively coupled (coil type) discharge graft polymerization apparatus used in the production method of the present invention. In Figure 2, 2, 4
7 are the same as those in FIG. 1, and 8 is an insulating reaction vessel. To produce a discharge-grafted polymer film, first, the reaction vessel is evacuated, a monomer gas of 10 to 10 -3 Torr is introduced, a high-frequency voltage is applied to the electrode, and a discharge is generated in the gaseous monomer. let Due to this discharge, the monomers in the reaction vessel are polymerized, and a discharged polymer film consisting of the constituent atoms of the monomers is formed on the substrate. Next, the high frequency voltage application is stopped, and the flow state of the monomer gas continues. By doing so, gas phase graft polymerization is initiated with high initiation efficiency by the residual radicals on the surface of the discharged polymer film. Subsequently, discharge polymerization is performed by applying a voltage, and the same operation is repeated thereafter to form a discharge graft polymer film on the substrate. This process is shown in FIG. That is, FIG. 3 is a process diagram showing, in cross-sectional view, the products of each step in an example of producing a discharge graft polymer film by the production method of the present invention.
In FIG. 3, 5 is a substrate, 11 is a thin film produced by discharge polymerization, 12 is a thin film produced by graft polymerization during discharge termination, and 13 is a discharge graft polymer obtained by repeating the above process. It is a combined membrane. This process is performed at a gas pressure of 1×10 -3 to 1 torr during discharge,
Graft polymerization pressure 1×10 -2 ~10 torr and total glow discharge time/total gas phase graft polymerization time ratio 1 ~
It is preferable to repeat the process continuously at a rate of 1/1000. During discharge, it is difficult to maintain a stable discharge at a monomer gas pressure of less than 1×10 −3 Torr, and it has been impossible to produce a thin film on the substrate. On the other hand, when monomer supply is maintained at high pressure, methyl methacrylate and fluorinated alkyl acrylate undergo a chain reaction in the gas phase during discharge polymerization at gas pressures exceeding 1 Torr, producing a snow-like bulky polymer powder. adheres to the inside of the reaction vessel and onto the substrate,
It has been impossible to create a thin film that completely covers the substrate. During graft polymerization, if the monomer pressure is less than 1 × 10 -2 Torr, the film thickness growth rate will be extremely low, and the thickness will be less than 0.5 μm.
It took more than 4 hours to obtain a film thickness of . Furthermore, the resulting film contained a large amount of oligomers, had low solvent resistance, and was dissolved in a developer containing methyl ethyl ketone/isopropyl alcohol = 1/9. If the monomer pressure exceeds 10 torr during graft polymerization,
The monomer condenses on the substrate due to the temperature difference in the reaction vessel,
A film containing oligomers was formed in the form of droplets, resulting in a highly uneven and non-uniform film. It also had poor solvent resistance and was dissolved in the above-mentioned developing solvent, making it impossible to use it as a resist. In the method of the present invention, the gas pressure during discharge and the pressure during graft polymerization may be the same or different. Next, to explain the ratio of total glow discharge time/total gas phase graft polymerization time, if the glow discharge time is long, as in the prior art described above, the monomer structure will be more destroyed, and the characteristics as a resist material will be affected. decrease. On the other hand, if the vapor phase graft polymerization time is extremely long, the film thickness growth rate decreases, and it is difficult to achieve a thickness that can be practically used as a resist film. Therefore, it has been found that the above-mentioned ratio of 1 to 1/1000 is suitable in terms of balance. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. Example 1 A discharge graft polymer film of methyl methacrylate and fluorinated alkyl methacrylate was prepared on a silicon substrate under the polymerization conditions shown in Table 1 below. In Table 1, the monomers used have the formula H 2 C=C
Only R in the methacrylate represented by (CH 3 )COOR is shown.

【表】 表1に示した実施例は、透明で均一な膜が製造
できる条件の一部を示したものである。 実施例 2 メチルメタクリレートを、6.0×10-2トル導入
した反応容器中に13.56MHzの高周波電圧を印加
し、放電電力10Wガス流量20c.c./分で0.1分放電
し、0.9分放電を停止し、1トルの圧力で単量体
を流し続け気相グラフト重合を行う行程を60分間
行つて、0.9μmの厚さの放電グラフト重合体膜を
得た。この膜上に印加電圧20KV、電流量1×
10-9Aの電子線でラインパタンを描画した。これ
をメチルエチルケトン/イソプロピルアルコール
=1/9で現像して、描画したポジ型ラインパタン
を得た。未露光部の残存膜厚90%のパタン作製に
必要な電子線照射量は1×10-5c/cm2であつた。
これは同一の単量体としてメチルメタクリレート
を用いた放電重合体膜(1979年度応用物理学会予
稿集29p−s−13「PMMA膜への電子線描画とプ
ラズマエツチング」五野、家田ら)に対して5倍
程度の高い感度を示した。 また同様にした膜をCCl4ガスを用いて円筒型
ガスプラズマ装置内でドライ現像した場合、未露
光部残存膜厚80%のパタン作製に必要な電子線照
射量はやはり1×10-5c/cm2であつた。 メチルメタクリレートを6.0×10-2トル導入し
た反応容器中に、前記の条件で放電時間2分、気
相グラフト重合を1トルをガス圧で0.5分と交互
に行つた。 この行程を25分繰返えすと、1.2μmの厚さの放
電グラフト重合体膜が得られた。この膜上に前記
の条件の電子線で1×10-5c/cm2、5×10-5c/cm2
及び1×10-4c/cm2の電子線照射量でパタン描画
を行つた。メチルエチルケトン/イソプロピルア
ルコール=1/9の現像液で現像すると、いずれの
照射線量の膜もポジ型パタンの生成は見られなか
つた。現像溶媒を更に溶解力の強いメチルエチル
ケトン(100%)にして現像を行うと1×10-4
cm2の電子線照射量のサンプルではパタンが形成で
きた。一方、5×10-5c/cm2及び1×10-5c/cm2
サンプルでは、露光部のラインは観察できたが、
露光部の溶解性が悪く、不完全なパタンとなつ
た。これは、放電グラフト重合体膜における放電
重合の割合が大きすぎるために、基本単量体構造
の破壊が起り、架橋構造を持つため、電子線感受
性が低下していることを示している。 実施例 3 テトラフルオロプロピルメタクリレート(表1
の4)を、表1の5の条件で放電グラフト重合さ
せて、25分間の重合時間で1.0μmの放電グラフト
重合体膜を得た。 これに、3μm厚のパタンマスク(3μm厚ポリ
イミド膜上に形成)を密着させ、Moターゲツト
の軟X線を照射した。実施例1と同様な条件で現
像して、マスクパタンのポジ転写パタンを得た。
パタン形成に必要なX線の量は約200mJ/cm2であ
つた。 実施例 4 Al蒸着基板上に表1の1の放電グラフト重合
体膜を用いてパタンを作製し、これをマスクとし
て、平行電極型プラズマエツチング装置によつ
て、CCl4ガスにより、Alのドライエツチング加
工を行つた。Alの被エツチング速度が1500Å/
分の時、放電グラフト重合体膜は約800Å/分の
エツチングを受けた。同一の条件で市販の
PMMAレジスト膜〔エルバーサイト(登録商標
名)2041〕は1200Å/分のエツチングを受けた。
したがつて、放電グラフト重合体膜の耐ドライエ
ツチング性は、約50%向上していることがわかつ
た。 実施例 5 シリコンウエハ上に、1×10-1トル、流量20
c.c./分、放電電力15Wの条件でヘキサメチルジシ
ラザン〔(CH33−Si−NH−Si−(CH33〕を0.5
分間放電重合させてウエハ面をコートする。引続
いて、ヘキサフルオロブチルメタクリレート(表
1の6)を、表1の6の条件で40分間放電グラフ
ト重合させ、0.92μmの放電グラフト重合体膜を
得た。 表1の6の単量体を、通常の重合によつて重合
させた溶液をスピンコート塗布する場合、Si面と
の密着性が悪い欠点を持つている。このために、
通常はヘキサメチルジシラザン等の表面処理剤溶
液でウエハ面を処理するが、本発明では、この表
面処理工程をもドライ化できた。この放電グラフ
ト重合体膜を実施例2の条件で電子線描画したと
ころ、7×10-6c/cm2の感度を持つて、基板から
パタン剥離のない良好なパタンを作製することが
できた。 実施例 6 シリコンウエハ上にグリシジルメタクリレート
をガス分圧8×10-2トル、流量16c.c./分、エチル
アクリレートをガス分圧2×10-2トル、流量4
c.c./分で流しながら、放電電力8Wの条件で0.1分
放電、0.9分放電停止を繰返して40分放電グラフ
ト重合させ1.0μmの放電グラフト重合体膜を作製
した。この放電グラフト重合体膜に、電子線描画
して、溶媒現像したところ、ネガ型の描画パタン
が得られた。パタンを得るのに必要な電子線照射
量は2×10-6c/cm2であつた。 実施例 7 シリコンウエハ上に、メチルメタクリレートを
ガス圧6×10-2トル、流量20c.c./分の条件で流し
放電電力10Wで0.1分放電させ、1.5時間放電を停
止してガス圧1トルで気相グラフト重合を行つ
た。これを2回繰返すと所要時間約3時間で、ウ
エハ上に0.12μmの放電グラフト重合体膜が作製
できた。この膜に電子線描画を印加電圧20KV、
電流量1×10-9A、電子線照射量3×10-5c/cm2
の条件で行つた後、イソプロピルアルコールのみ
で現像した。この現像によつてウエハ上にはポジ
型パタンが作製できた。 上記の条件で気相グラフト重合時間を2時間に
して、これを2回繰返した。所要時間約4時間で
ウエハ上には0.09μmの放電グラフト重合体膜が
作製できた。この膜に同様な電子線描画を行つた
後、イソプロピルアルコールで現像を行つたが、
パタン形成できずに膜は基板上から部分的に溶解
して島状の膜がわずかに残るのみであつた。ここ
で示すように放電グラフト重合時に気相グラフト
重合時間を極端に長くすると膜厚成長速度は低下
し、実質的にレジスト膜として使う厚さに育てる
ことが困難であつた。 以上、説明したように、本発明による放電グラ
フト重合体膜は気相によつて溶媒あるいは増感剤
を用いることなく容易に基板上に薄膜を形成する
ことができる。 また、高放電電力で放電重合を連続的に続けて
得られる放電重合体膜と比べて、基本単量体構造
の破壊が少なく、生成した薄膜は通常の重合体に
近い特性を持つている。 更に、作製された放電グラフト重合体膜の一部
は、前記実施例に示したようにポジ型、ネガ型レ
ジスト材料として利用でき、そのエネルギー線に
対する感受性は非常に優れており、ドライ状態で
の塗布、ドライエツチングを合わせて用いれば、
微細加工の全ドライ化が実現できる利点を持つて
いる。
[Table] The examples shown in Table 1 show some of the conditions under which a transparent and uniform film can be produced. Example 2 A high frequency voltage of 13.56 MHz was applied to a reaction vessel into which 6.0×10 -2 Torr of methyl methacrylate was introduced, the discharge was performed for 0.1 minute at a discharge power of 10 W and a gas flow rate of 20 c.c./min, and the discharge was stopped for 0.9 minutes. Then, the monomer was continued to flow at a pressure of 1 Torr and gas phase graft polymerization was carried out for 60 minutes to obtain a discharge graft polymer film having a thickness of 0.9 μm. Applied voltage 20KV on this film, current amount 1×
A line pattern was drawn with a 10 -9 A electron beam. This was developed with methyl ethyl ketone/isopropyl alcohol=1/9 to obtain a drawn positive line pattern. The amount of electron beam irradiation required to produce a pattern with a residual film thickness of 90% in the unexposed area was 1×10 −5 c/cm 2 .
This is compared to a discharge polymer film using methyl methacrylate as the same monomer (1979 Proceedings of the Japan Society of Applied Physics, 29p-s-13, "Electron Beam Drawing and Plasma Etching on PMMA Films" Gono, Ieda et al.). It showed about 5 times higher sensitivity. Furthermore, when a similar film is dry-developed in a cylindrical gas plasma apparatus using CCl 4 gas, the electron beam irradiation amount required to create a pattern with a residual film thickness of 80% in the unexposed area is still 1 × 10 -5 c / cm2 . Into a reaction vessel into which 6.0×10 -2 Torr of methyl methacrylate was introduced, under the above conditions, a discharge time of 2 minutes was carried out, and gas phase graft polymerization was carried out at a gas pressure of 1 Torr for 0.5 minutes, alternating with each other. This process was repeated for 25 minutes to obtain a discharge grafted polymer membrane with a thickness of 1.2 μm. An electron beam of 1×10 -5 c/cm 2 and 5×10 -5 c/cm 2 was applied on this film under the above conditions.
The pattern was drawn with an electron beam irradiation dose of 1×10 −4 c/cm 2 . When developed with a developer containing methyl ethyl ketone/isopropyl alcohol = 1/9, no positive patterns were observed in the films of any irradiation dose. If you use methyl ethyl ketone (100%) as the developing solvent, which has even stronger dissolving power, and perform the development, the
A pattern could be formed in the sample with an electron beam irradiation dose of cm 2 . On the other hand, in the 5×10 -5 c/cm 2 and 1×10 -5 c/cm 2 samples, lines in the exposed area could be observed, but
The solubility of the exposed area was poor, resulting in an incomplete pattern. This indicates that the rate of discharge polymerization in the discharge-grafted polymer film is too high, resulting in destruction of the basic monomer structure and resulting in a crosslinked structure, resulting in a decrease in electron beam sensitivity. Example 3 Tetrafluoropropyl methacrylate (Table 1
4) was subjected to discharge graft polymerization under the conditions of 5 in Table 1 to obtain a discharge graft polymer film of 1.0 μm in polymerization time of 25 minutes. A 3 μm thick pattern mask (formed on a 3 μm thick polyimide film) was brought into close contact with this, and the Mo target was irradiated with soft X-rays. Developing was carried out under the same conditions as in Example 1 to obtain a positive transfer pattern of the mask pattern.
The amount of X-rays required for pattern formation was approximately 200 mJ/cm 2 . Example 4 A pattern was prepared using the discharge grafted polymer film of 1 in Table 1 on an Al vapor-deposited substrate, and using this as a mask, dry etching of Al was performed with CCl 4 gas using a parallel electrode type plasma etching apparatus. I did the processing. Al etching speed is 1500Å/
Minutes, the discharge-grafted polymer film underwent etching of approximately 800 Å/min. Commercially available under the same conditions
The PMMA resist film (Elversite® 2041) was etched at 1200 Å/min.
Therefore, it was found that the dry etching resistance of the discharge graft polymer film was improved by about 50%. Example 5 On a silicon wafer, 1×10 -1 Torr, flow rate 20
Hexamethyldisilazane [(CH 3 ) 3 −Si−NH−Si−(CH 3 ) 3 ] at 0.5 cc/min and discharge power of 15 W.
The wafer surface is coated by discharge polymerization for a minute. Subsequently, hexafluorobutyl methacrylate (6 in Table 1) was subjected to discharge graft polymerization for 40 minutes under the conditions of 6 in Table 1 to obtain a 0.92 μm discharge graft polymer film. When a solution obtained by polymerizing monomer 6 in Table 1 by conventional polymerization is applied by spin coating, the problem is that the adhesion to the Si surface is poor. For this,
Normally, the wafer surface is treated with a solution of a surface treatment agent such as hexamethyldisilazane, but in the present invention, this surface treatment step can also be made dry. When this discharge-grafted polymer film was subjected to electron beam lithography under the conditions of Example 2, it was possible to produce a good pattern with a sensitivity of 7×10 -6 c/cm 2 and no pattern peeling from the substrate. . Example 6 Glycidyl methacrylate was deposited on a silicon wafer at a gas partial pressure of 8×10 -2 Torr and a flow rate of 16 c.c./min. Ethyl acrylate was deposited on a silicon wafer at a gas partial pressure of 2×10 -2 Torr and a flow rate of 4.
A discharge graft polymer film of 1.0 μm was produced by repeating discharge for 0.1 minutes and stopping the discharge for 0.9 minutes while flowing at a rate of cc/min and discharging for 0.1 minutes and stopping the discharge for 0.9 minutes to produce a discharge graft polymer film of 1.0 μm. When this discharge graft polymer film was subjected to electron beam drawing and solvent development, a negative drawing pattern was obtained. The amount of electron beam irradiation necessary to obtain the pattern was 2×10 −6 c/cm 2 . Example 7 Methyl methacrylate was poured onto a silicon wafer at a gas pressure of 6×10 -2 Torr and a flow rate of 20 c.c./min, and discharged for 0.1 minute at a discharge power of 10 W. Discharge was stopped for 1.5 hours, and the gas pressure was reduced to 1. Gas-phase graft polymerization was carried out at Tor. When this process was repeated twice, it took approximately 3 hours to produce a 0.12 μm discharge graft polymer film on the wafer. Apply electron beam drawing to this film at a voltage of 20KV,
Current amount 1×10 -9 A, electron beam irradiation amount 3×10 -5 c/cm 2
After developing under the following conditions, development was carried out using only isopropyl alcohol. Through this development, a positive pattern could be produced on the wafer. The gas phase graft polymerization time was set to 2 hours under the above conditions, and this was repeated twice. A 0.09 μm discharge graft polymer film was produced on the wafer in about 4 hours. After performing similar electron beam drawing on this film, it was developed with isopropyl alcohol.
No pattern could be formed, and the film was partially dissolved from the substrate, leaving only a few island-like films. As shown here, when the vapor phase graft polymerization time is extremely prolonged during discharge graft polymerization, the film thickness growth rate decreases, and it is difficult to grow the film to a thickness that can be used as a resist film. As described above, the discharge graft polymer film according to the present invention can be easily formed into a thin film on a substrate in a gas phase without using a solvent or a sensitizer. Furthermore, compared to discharge polymer films obtained by continuous discharge polymerization at high discharge power, the basic monomer structure is less destroyed, and the resulting thin film has properties close to those of ordinary polymers. Furthermore, a part of the prepared discharge graft polymer film can be used as a positive or negative resist material as shown in the above example, and its sensitivity to energy rays is very high, and it can be used in dry conditions. If coating and dry etching are used together,
It has the advantage of completely dry microfabrication.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の製造方法で使用する放電グ
ラフト重合装置の一例の概要図である。第2図
は、同じく誘導結合型(コイル型)放電グラフト
重合装置の一例の概要図である。第3図は、本発
明の製造方法による放電グラフト重合体膜作製の
一例における各工程の製品を断面図で示した工程
図である。 1:反応容器、2及び3:単量体ガス導入口、
4:排気口、5:基板、6:高周波電極、7:高
周波電源、8:絶縁体の反応容器、13:放電重
合と気相グラフト重合の繰返しによつて得られた
放電グラフト重合体膜。
FIG. 1 is a schematic diagram of an example of a discharge graft polymerization apparatus used in the production method of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of an example of an inductively coupled (coil type) discharge graft polymerization apparatus. FIG. 3 is a process diagram showing, in cross-sectional view, the products of each step in an example of producing a discharge graft polymer membrane according to the production method of the present invention. 1: Reaction container, 2 and 3: Monomer gas inlet,
4: Exhaust port, 5: Substrate, 6: High frequency electrode, 7: High frequency power supply, 8: Insulator reaction vessel, 13: Discharge graft polymer film obtained by repeating discharge polymerization and gas phase graft polymerization.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基板上で、下記一般式(): (式中、R1は水素又はメチル基を示し、R2
アルキル基、フツ化アルキル基又はグリシジル基
を示す)で表される化合物の少なくとも1種より
なる単量体ガスを、グロー放電重合と気相グラフ
ト重合により重合させて、該基板上に相当する重
合体を生成、積層させたことを特徴とする放電グ
ラフト重合体膜。 2 基板を設置した、下記一般式(): (式中、R1は水素又はメチル基を示し、R2
アルキル基、フツ化アルキル基又はグリシジル基
を示す)で表される化合物の少なくとも1種より
なる単量体ガス中で、グロー放電を開始し、その
後、グロー放電重合と気相グラフト重合とを繰返
し、それによつて該基板上に相当する重合体を生
成、積層させることを特徴とする放電グラフト重
合体膜の製造方法。 3 該単量体の重合を、放電時ガス圧力1×10-3
〜1トル、グラフト重合時圧力1×10-2〜10ト
ル、そして全グロー放電時間/全気相グラフト重
合時間比1〜1/1000で連続して繰返し行う特許
請求の範囲第2項に記載の放電グラフト重合体膜
の製造方法。
[Claims] 1. On the substrate, the following general formula (): (In the formula, R 1 represents hydrogen or a methyl group, and R 2 represents an alkyl group, a fluorinated alkyl group, or a glycidyl group). A discharge graft polymer film characterized in that the corresponding polymer is produced and laminated on the substrate by polymerizing with and by vapor phase graft polymerization. 2 The following general formula () with the board installed: (In the formula, R 1 represents hydrogen or a methyl group, and R 2 represents an alkyl group, a fluorinated alkyl group, or a glycidyl group.) 1. A method for producing a discharge-grafted polymer film, the method comprising: starting the process, and then repeating glow-discharge polymerization and gas-phase graft polymerization, thereby producing and laminating a corresponding polymer on the substrate. 3 Polymerization of the monomer is carried out at a gas pressure of 1×10 -3 during discharge.
1 torr, pressure during graft polymerization of 1×10 -2 to 10 torr, and a total glow discharge time/total gas phase graft polymerization time ratio of 1 to 1/1000. A method for producing a discharge-grafted polymer membrane.
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