JPH05257283A - Radiation-sensitive high molecular compound - Google Patents

Radiation-sensitive high molecular compound

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JPH05257283A
JPH05257283A JP5367292A JP5367292A JPH05257283A JP H05257283 A JPH05257283 A JP H05257283A JP 5367292 A JP5367292 A JP 5367292A JP 5367292 A JP5367292 A JP 5367292A JP H05257283 A JPH05257283 A JP H05257283A
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JP
Japan
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group
exposure
sensitivity
polymer compound
present
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JP5367292A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Shin
祐治 新
Yoshio Suzuki
祥生 鈴木
Toshiyuki Akaiwa
俊行 赤岩
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】この発明は、(1)フェノール性水酸基と
(2)芳香族環に結合した下記の原子団とを含む放射線
感応性高分子化合物である。 【化1】 (ここにR1 、R2 は水素原子または炭素数1〜4個の
炭化水素基、R3 、R4は水素原子または置換基を有し
または置換基を有しない炭素数1〜10個の炭化水素基
を表わしR1 〜R4 のうち二つの間に結合が存在して窒
素原子を含む環を形成していてもよい)、またはその有
機酸もしくは無機酸との塩。 【効果】この発明によれば、感度および解像度特性が高
く、乾式エッチングに対して優れた耐性をもち、露光後
ベーキング工程が不要で、プロセス寛容度が大きいレジ
ストとして好適な放射線感応性高分子化合物を得ること
ができる。
(57) [Summary] [Structure] The present invention is a radiation-sensitive polymer compound comprising (1) a phenolic hydroxyl group and (2) the following atomic group bonded to an aromatic ring. [Chemical 1] (Here, R 1 and R 2 are a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and R 3 and R 4 are a hydrogen atom or a hydrocarbon group having a substituent or having no substituent and having 1 to 10 carbon atoms. It represents a hydrocarbon group, and a bond may be present between two members out of R 1 to R 4 to form a ring containing a nitrogen atom), or a salt thereof with an organic acid or an inorganic acid. According to the present invention, a radiation-sensitive polymer compound which has high sensitivity and resolution characteristics, has excellent resistance to dry etching, does not require a post-exposure baking step, and is suitable as a resist having a large process latitude. Can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は新規な放射線感応性高分
子化合物に関するものである。さらに詳しくは、優れた
感度特性とトライエッチングなどのプロセスに対する適
合性を有し、とくに半導体製造工程などにおける高精細
度の微細加工のためのレジスト材料として好適な放射線
感応性高分子化合物に関するものである。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a novel radiation-sensitive polymer compound. More specifically, it relates to a radiation-sensitive polymer compound which has excellent sensitivity characteristics and suitability for processes such as tri-etching, and is particularly suitable as a resist material for high-definition fine processing in semiconductor manufacturing processes. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、集積回路の製造工程におけるパタ
ーン形成プロセスでは、感光材料としてホトレジストと
称するノボラック樹脂とキノンジアジド系感光剤とから
成る組成物が主として用いられてきた。この場合、光源
としては水銀ランプが用いられ、その輝線のうちg線
(436nm)が利用された。しかし、このような近紫外
線とホトレジストを用いるパターン形成技術では、光の
回折現象のために解像能力に本質的な限界があり、最近
では高集積化に伴うパターン微細化の要求に対応するこ
とが困難になりつつある。描画能力をさらに高め、より
微細なパターンを得るためにg線に代って、より波長の
短いi線(365nm)やエキシマレーザー光源から得ら
れる308nm(XeClレーザー)や248nm(KrF
レーザー)などの遠紫外域の波長を用いるパターン形成
技術が開発され、上記の目的に用いられるようになりつ
つある。さらに、X線やイオンビームを用いるパターン
形成技術も微細化のための有力な技術であり、それらの
新しい露光光源に対応するレジストの開発が重要な課題
である。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a pattern forming process in a manufacturing process of an integrated circuit, a composition composed of a novolac resin called photoresist and a quinonediazide type photosensitizer has been mainly used as a photosensitive material. In this case, a mercury lamp was used as the light source, and g-line (436 nm) was used among the bright lines. However, such pattern formation technology using near-ultraviolet rays and photoresist has an inherent limitation in resolution capability due to the diffraction phenomenon of light. Recently, it is necessary to meet the demand for pattern miniaturization accompanying high integration. Is getting harder. In order to further improve the drawing ability and obtain finer patterns, instead of g-line, i-line (365 nm) with a shorter wavelength or 308 nm (XeCl laser) or 248 nm (KrF) obtained from an excimer laser light source is used.
Laser) and other pattern forming techniques using wavelengths in the far ultraviolet region have been developed and are being used for the above purposes. Further, a pattern forming technique using X-rays or ion beams is also a powerful technique for miniaturization, and development of a resist corresponding to these new exposure light sources is an important issue.

【0003】それらの新しいパターン形成技術に用いら
れるレジストはいくつかの要件を満す必要がある。その
一つは感度である。これらの露光技術では高価な設備を
用いるため、工業生産においては、生産能率のために高
い感度が必須である。また、これらの新技術では従来技
術よりも微細なパターンを目的とするものであるからレ
ジストの解像度特性はとくに重要である。さらに、レジ
ストに要求される他の条件として、乾式エッチングに対
する耐性が大きいこと、パターン形成後に熱的変形をお
こさない限界温度が高いことなどが重要である。このほ
か、塗膜形成性や保存安定性なども均一な加工精度を得
るために要求される。
The resists used in these new patterning techniques must meet several requirements. One of them is sensitivity. Since expensive equipment is used in these exposure techniques, high sensitivity is essential for industrial production in industrial production. Further, since these new technologies aim at finer patterns than the conventional technologies, the resolution characteristics of the resist are particularly important. Further, as other conditions required for the resist, it is important that the resist has a high resistance to dry etching and that the critical temperature at which thermal deformation does not occur after pattern formation is high. In addition, film forming properties and storage stability are required to obtain uniform processing accuracy.

【0004】当面g線に代る技術として注目されるi線
およびエキシマレーザーによる遠紫外線用のレジストと
しては多数のものが提案されているが、上記の諸要件を
バランスよく満足するものはまだ知られていない。
Although many resists for i-line and far-ultraviolet rays by excimer laser have been proposed, which are attracting attention as a technique for replacing g-line for the time being, it is still known that they satisfy the above requirements in a well-balanced manner. Has not been done.

【0005】近年、高い感度を得るために化学増幅法と
いわれる技術を用いるレジストが研究された。この方法
ではある種のオニウム塩や有機ハロゲン化合物など露光
によって酸を発生する化合物をレジスト成分として用
い、この酸を触媒とし、露光後のベーキング工程で露光
部のベース樹脂に分子鎖の切断または分子間橋カケなど
の化学反応をおこさせるものである。たとえば、特開昭
62−164045号公報には放射線により酸を発生す
る化合物と熱硬化性樹脂とから成るレジストが提案され
ている。この方法では露光によって生じた酸を触媒と
し、露光後のベーキングによって、露光部分の樹脂を現
像溶媒に対し不溶化するものである。この種の方法は単
位露光量当りの化学反応の数を原理的には非常に多くす
ることができるため、高い感度が得られるが、露光後の
ベーキングの程度や現像までの時間によって感度が変化
すること、露光によって生成した酸が経時的にレジスト
膜内を移動するためにプロセス中の経過時間によって線
幅が変化することなどの困難を伴う。また、一般に保存
安定性にも問題があり工業生産の目的には改善すべき余
地が多い。
In recent years, a resist using a technique called a chemical amplification method has been studied in order to obtain high sensitivity. In this method, a compound that generates an acid upon exposure, such as a certain onium salt or organic halogen compound, is used as a resist component, and this acid is used as a catalyst, and the base resin in the exposed area undergoes a molecular chain scission or a It causes a chemical reaction such as a bridge bridge. For example, Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 62-164045 proposes a resist comprising a compound that generates an acid by radiation and a thermosetting resin. In this method, an acid generated by exposure is used as a catalyst, and the resin in the exposed portion is insolubilized in a developing solvent by baking after the exposure. In principle, this type of method can increase the number of chemical reactions per unit exposure dose, resulting in high sensitivity, but the sensitivity changes depending on the degree of baking after exposure and the time until development. However, since the acid generated by exposure moves in the resist film over time, it is difficult to change the line width depending on the elapsed time during the process. In addition, there is generally a problem with storage stability, and there is much room for improvement for the purpose of industrial production.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような現状に鑑
み、本発明者らは新しいパターン形成技術に適合する高
性能レジスト材料として利用しうる高分子化合物を見出
すため研究を重ね本発明に到達した。
In view of the present situation as described above, the present inventors have conducted research to find a polymer compound that can be used as a high-performance resist material suitable for a new pattern formation technique, and arrived at the present invention. ..

【0007】すなわち、本発明の目的は感度および解像
度特性が高く、乾式エッチングに対して優れた耐性をも
ち、露光後ベーキング工程が不要で、プロセス寛容度が
大きいレジストとして好適な放射線感応性高分子化合物
を提供することにある。本発明の放射線感応性高分子化
合物はその化学構造を選択することによって、近紫外線
から遠紫外線に至る各波長域の紫外線のほか、電子線、
イオンビームなどの高エネルギー粒子線、X線、シンク
ロトロン放射光など各種の光源を用いるパターン形成技
術に適合するものが得られ、保存安定性も優れている。
That is, an object of the present invention is that a radiation-sensitive polymer having high sensitivity and resolution characteristics, excellent resistance to dry etching, no post-exposure baking step, and a large process latitude is suitable as a resist. To provide a compound. By selecting the chemical structure of the radiation-sensitive polymer compound of the present invention, in addition to ultraviolet rays in each wavelength range from near ultraviolet rays to far ultraviolet rays, an electron beam,
It is possible to obtain one that is compatible with the pattern forming technology using various light sources such as high-energy particle beams such as ion beams, X-rays, and synchrotron radiation, and has excellent storage stability.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
下記の二つの構造を必須構成要素として含むことを特徴
とする放射線感応性高分子化合物により達成される。
The object of the present invention is as follows.
This is achieved by a radiation-sensitive polymer compound characterized by containing the following two structures as essential components.

【0009】(1)フェノール性水酸基 (2)芳香族
環に結合した下記の原子団
(1) Phenolic hydroxyl group (2) The following atomic group bonded to an aromatic ring

【化2】 (ここにR1 、R2 は水素原子または炭素数1〜4個の
炭化水素基、R3 、R4は水素原子または置換基を有し
または置換基を有しない炭素数1〜10個の炭化水素基
を表わし、またR1 〜R4 はその一部または全部が同一
であってもよく、R1 〜R4 のうち二つの間に結合が存
在して窒素原子を含む環を形成していてもよい)、また
はその有機酸もしくは無機酸との塩。
[Chemical 2] (Here, R 1 and R 2 are a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and R 3 and R 4 are a hydrogen atom or a hydrocarbon group having a substituent or having no substituent and having 1 to 10 carbon atoms. It represents a hydrocarbon group, and R 1 to R 4 may be partially or entirely the same, and a bond is present between two of R 1 to R 4 to form a ring containing a nitrogen atom. Or an organic acid or an inorganic acid salt thereof.

【0010】本発明の高分子化合物は分子中に二つの必
須構造要素を含んでいる。必須構造要素の一つはフェノ
ール性の水酸基である。その種類は問わない。代表的な
ものはヒドロキシフェニル基であるが、ヒドロキシナフ
チル基、ヒドロキシアントリル基などもその例である。
また芳香環に結合した水酸基の数は2個以上であっても
よく、芳香環にメチル基などの炭化水素基、塩素などの
ハロゲン基、アルキルオキシ基などの置換基を水酸基と
共に含んでいてもさしつかえない。また水酸基の結合し
た芳香環がテトラヒドロラン、ヒドロインデン、アセナ
フテンのように非芳香族環と縮合した構造であってもさ
しつかえない。
The polymer compound of the present invention contains two essential structural elements in the molecule. One of the essential structural elements is a phenolic hydroxyl group. The type does not matter. A typical example is a hydroxyphenyl group, but examples include a hydroxynaphthyl group and a hydroxyanthryl group.
The number of hydroxyl groups bonded to the aromatic ring may be two or more, and the aromatic ring may include a hydrocarbon group such as a methyl group, a halogen group such as chlorine, and a substituent such as an alkyloxy group together with the hydroxyl group. I don't care. Also, a structure in which an aromatic ring having a hydroxyl group bonded thereto is condensed with a non-aromatic ring such as tetrahydrolane, hydroindene, and acenaphthene may be used.

【0011】ヒドロキシ基を含む芳香族環はフェニレン
基などのような形で高分子鎖の中に存在してもよく、側
鎖に存在してもさしつかえない。芳香族環が側鎖にある
場合について、フェノール性水酸基の存在形態の具体的
な例を挙げると、2−ヒドロキシフェニル基、3−ヒド
ロキシフェニル基、4−ヒドロキシフェニル基、2,4
−ジヒドロキシフェニル基、3,5−ジヒドロキシフェ
ニル基、2,4,6−トリヒドロキシフェニル基、2−
クロロ−4−ヒドロキシフェニル基、3−メチル−5−
ヒドロキシフェニル基、2,6−ジメチル−4−ヒドロ
キシフェニル基、7−(4−ヒドロキシ)インダニル
基、8−(5−ヒドロキシ−1,2,3,4−テトラヒ
ドロ)ナフチル基、1−(2−ヒドロキシ)ナフチル
基、1−(4−ヒドロキシ)ナフチル基、1−(2,4
−ジヒドロキシ)ナフチル基、1−(2,6−ジヒドロ
キシ)ナフチル基、2−(4−ヒドロキシ)ナフチル
基、2−(1,5−ジヒドロキシ)ナフチル基、1−
(10−ヒドロキシ)アントリル基、9−(10−ヒド
ロキシ)アントリル基などである。
The aromatic ring containing a hydroxy group may be present in the polymer chain in the form of a phenylene group or the like, or may be present in the side chain. With respect to the case where the aromatic ring is present in the side chain, specific examples of the existing form of the phenolic hydroxyl group are 2-hydroxyphenyl group, 3-hydroxyphenyl group, 4-hydroxyphenyl group, 2,4
-Dihydroxyphenyl group, 3,5-dihydroxyphenyl group, 2,4,6-trihydroxyphenyl group, 2-
Chloro-4-hydroxyphenyl group, 3-methyl-5-
Hydroxyphenyl group, 2,6-dimethyl-4-hydroxyphenyl group, 7- (4-hydroxy) indanyl group, 8- (5-hydroxy-1,2,3,4-tetrahydro) naphthyl group, 1- (2 -Hydroxy) naphthyl group, 1- (4-hydroxy) naphthyl group, 1- (2,4
-Dihydroxy) naphthyl group, 1- (2,6-dihydroxy) naphthyl group, 2- (4-hydroxy) naphthyl group, 2- (1,5-dihydroxy) naphthyl group, 1-
Examples thereof include a (10-hydroxy) anthryl group and a 9- (10-hydroxy) anthryl group.

【0012】本発明の高分子化合物の必須構造要素の他
の一つは芳香族環に結合した下記の原子団
Another one of the essential structural elements of the polymer compound of the present invention is the following atomic group bonded to an aromatic ring.

【化3】 (ここにR1 、R2 は水素原子または炭素数1〜4個の
炭化水素基、R3 、R4は水素原子または置換基を有
し、または有しない炭素数1〜10個の炭化水素基を表
わし、R1 〜R4 はその一部または全部が同一であって
もよく、R1 〜R4のうち二つの間に結合が存在して窒
素原子を含む環を形成していてもよい)またはその有機
酸もしくは無機酸との塩である。
[Chemical 3] (Here, R 1 and R 2 are a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and R 3 and R 4 are hydrogen atoms or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms with or without a substituent. R 1 to R 4 may be partially or wholly the same, and a bond may be present between two R 1 to R 4 to form a ring containing a nitrogen atom. Good) or a salt thereof with an organic acid or an inorganic acid.

【0013】ここで芳香族環としてはベンゼン環がもっ
とも代表的である。また、5まは6員環の複素環構造た
とえばフラン環、チオフェン環、ピロール環、ピリジン
環なども利用できる。さらに、複数のベンゼン環、また
はベンゼン環と複素環が縮合した構造の環、たとえばナ
フタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ベン
ゾフラン環、インドール環、キノリン環、カルバゾール
環なども本発明でいう芳香族環に含まれることはいうま
でもない。また、この芳香族環は前記のフェノール性水
酸基を結合した環と同じく、高分子鎖中に存在しても側
鎖として存在してもよい。側鎖に存在する場合について
芳香族環に結合した上記のアミン構造の具体例を挙げる
と、4−(アミノメチル)フェニル基、3−(メチルア
ミノメチル)フェニル基、4−(エチルアミノメチル)
フェニル基、2,4−ビス(メチルアミノメチル)フェ
ニル基、4−(イソプロピルアミノメチル)フェニル
基、3−(n−ヘキシルアミノメチル)フェニル基、4
−(ジメチルアミノメチル)フェニル基、4−(ジエチ
ルアミノメチル)フェニル基、4−(ジイソプロピルア
ミノメチル)フェニル基、3−(ジフェニルアミノメチ
ル)フェニル基、4−(ジシクロヘキシルアミノメチ
ル)フェニル基、4−(N−ベンジルアミノメチル)フ
ェニル基、4−(N,N−ジベンジルアミノメチル)フ
ェニル基、4−〔1−(ベンジルアミノ)エチル〕フェ
ニル基、4−(ピペリジニルメチル)フェニル基、4−
(ピロリルメチル)フェニル基、4−(カルバゾイルメ
チル)フェニル基、4−〔1−(ジメチルアミノ)エチ
ル〕フェニル基、4−(2−ピロリジニル)フェニル
基、3,5−ビス(ジメチルアミノメチル)フェニル
基、2−クロロ−4−(ジメチルアミノ)フェニル基、
2,6−ジメチル−4−(ジエチルアミノ)フェニル
基、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェ
ニル基、1−(4−アミノメチル)ナフチル基、2−
(4−メチルアミノメチル)ナフチル基、1−(4−ジ
メチルアミノメチル)ナフチル基、2−〔1,4−ビス
(ジメチルアミノメチル)〕ナフチル基、1−〔2,6
−ビス(ジメチルアミノエチル)〕ナフチル基、9−
(10−ジメチルアミノメチル)アントリル基、1−
〔9,10−ビス(ジエチルアミノメチル)〕アントリ
ル基、2−(7−アミノメチル)フェナントリル基、1
−(5−ジメチルアミノメチル)アセナフテニル基、9
−(4−ジエチルアミノメチル)フルオレニル基、9−
(4−アミノメチル)カルバゾイル基、1−(ジフェニ
ルアミノメチル)ナフチル基などである。これらは本発
明の高分子化合物を構成する構造要素の少数例にすぎな
い。また、R1 、R2 のうち少くとも一方は水素原子で
ある場合に比較的高い感度が得られる。さらに、この芳
香族環は炭素数1〜10個の炭化水素基、ハロゲン、ア
ルコキシ基などの置換基を含んでいてもさしつかえな
い。これらのアミン構造は有機酸または無機酸の塩であ
ってもさしつかえない。ただし塩の構造にすることによ
って本発明の高分子化合物の溶媒に対する溶解性が変化
するので可溶性の溶媒を選択する必要があり、現像液に
ついても最適の選択を行なう必要がある。
The benzene ring is the most typical aromatic ring. Further, a 5- or 6-membered heterocyclic structure such as a furan ring, a thiophene ring, a pyrrole ring or a pyridine ring can also be used. Further, a ring having a plurality of benzene rings or a structure in which a benzene ring and a heterocycle are condensed, such as a naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, benzofuran ring, indole ring, quinoline ring, carbazole ring, etc. Needless to say, it is included in. Further, this aromatic ring may be present in the polymer chain or as a side chain, like the above-mentioned ring to which the phenolic hydroxyl group is bonded. Specific examples of the above amine structure bonded to the aromatic ring when present in the side chain include 4- (aminomethyl) phenyl group, 3- (methylaminomethyl) phenyl group, 4- (ethylaminomethyl)
Phenyl group, 2,4-bis (methylaminomethyl) phenyl group, 4- (isopropylaminomethyl) phenyl group, 3- (n-hexylaminomethyl) phenyl group, 4
-(Dimethylaminomethyl) phenyl group, 4- (diethylaminomethyl) phenyl group, 4- (diisopropylaminomethyl) phenyl group, 3- (diphenylaminomethyl) phenyl group, 4- (dicyclohexylaminomethyl) phenyl group, 4- (N-benzylaminomethyl) phenyl group, 4- (N, N-dibenzylaminomethyl) phenyl group, 4- [1- (benzylamino) ethyl] phenyl group, 4- (piperidinylmethyl) phenyl group, 4-
(Pyrrolylmethyl) phenyl group, 4- (carbazoylmethyl) phenyl group, 4- [1- (dimethylamino) ethyl] phenyl group, 4- (2-pyrrolidinyl) phenyl group, 3,5-bis (dimethylaminomethyl) Phenyl group, 2-chloro-4- (dimethylamino) phenyl group,
2,6-dimethyl-4- (diethylamino) phenyl group, 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenyl group, 1- (4-aminomethyl) naphthyl group, 2-
(4-methylaminomethyl) naphthyl group, 1- (4-dimethylaminomethyl) naphthyl group, 2- [1,4-bis (dimethylaminomethyl)] naphthyl group, 1- [2,6
-Bis (dimethylaminoethyl)] naphthyl group, 9-
(10-dimethylaminomethyl) anthryl group, 1-
[9,10-bis (diethylaminomethyl)] anthryl group, 2- (7-aminomethyl) phenanthryl group, 1
-(5-dimethylaminomethyl) acenaphthenyl group, 9
-(4-diethylaminomethyl) fluorenyl group, 9-
(4-aminomethyl) carbazoyl group, 1- (diphenylaminomethyl) naphthyl group and the like. These are only a few examples of structural elements constituting the polymer compound of the present invention. Further, when at least one of R 1 and R 2 is a hydrogen atom, relatively high sensitivity can be obtained. Further, this aromatic ring may contain a substituent such as a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, a halogen or an alkoxy group. These amine structures can be salts of organic or inorganic acids. However, since the solubility of the polymer compound of the present invention in a solvent changes depending on the structure of a salt, it is necessary to select a soluble solvent and it is also necessary to select an optimum developing solution.

【0014】本発明の高分子化合物は上記の二つの構造
要素を分子内に含むことを必須条件とするものである。
高分子化合物中の二つの構造要素の存在割合はとくに限
定されないが、通常はフェノール構造とアミン(または
その塩)構造の総数100個当りアミン(またはその
塩)構造1〜90個の範囲である。より好ましい範囲は
10〜70個、とくに好ましいのは20〜50個の範囲
である。アミン(またはその塩)の構造があまり少ない
と十分な感度が得られず、多すぎるとアルカリ水溶液に
よる現像が困難になり、有機溶媒を用いる必要が生ずる
ばかりでなく感度も低下する。
The polymer compound of the present invention is essential to contain the above two structural elements in the molecule.
The abundance ratio of the two structural elements in the polymer compound is not particularly limited, but is usually in the range of 1 to 90 amine (or salt) structures per 100 total phenol structures and amine (or salt) structures. .. A more preferable range is 10 to 70, and a particularly preferable range is 20 to 50. If the structure of the amine (or its salt) is too small, sufficient sensitivity cannot be obtained, and if it is too large, development with an alkaline aqueous solution becomes difficult and not only the use of an organic solvent becomes necessary but also the sensitivity decreases.

【0015】本発明の高分子化合物では上記の二つの必
須構造要素の他に、第三の他の構造要素を加えることが
できる。たとえば、カルボキシル基を加えてアルカリ水
溶液に対する溶解性を高め現像速度を向上したり、ナフ
タレン環を加えて露光時の光エネルギーの吸収量を制御
し、または乾式エッチング耐性を高めるなどの性能改善
が可能である。
In the polymer compound of the present invention, a third other structural element can be added in addition to the above two essential structural elements. For example, you can improve performance by adding carboxyl group to increase solubility in alkaline aqueous solution to improve development speed, or adding naphthalene ring to control absorption of light energy during exposure, or increase dry etching resistance. Is.

【0016】本発明の高分子化合物を製造するためには
基本的には二つの方法が可能である。その一つは必須構
造要素を分子内に含むモノマーを重合または共重合する
方法である。二つの必須構造要素がそれぞれ別のモノマ
ーに含まれているときは少なくとも2種のモノマーの共
重合が必要であり、1種のモノマーに二つの必須構造要
素が含まれているときには単独重合でも本発明の高分子
化合物が得られる。本発明の高分子化合物を製造する他
の一つの方法は必須構造に誘導可能な化学構造をもつモ
ノマーを重合または共重合し、次いで高分子反応によっ
て必須構造要素に誘導する方法である。これら二つの製
造方法のいずれの場合にも上記したように必須構造要素
とは関係のない他のモノマーを1種または2種以上共重
合することができる。
There are basically two possible methods for producing the polymer compound of the present invention. One of them is a method of polymerizing or copolymerizing a monomer containing an essential structural element in the molecule. When two essential structural elements are contained in different monomers, it is necessary to copolymerize at least two kinds of monomers, and when one monomer contains two essential structural elements, homopolymerization is essential. The polymer compound of the invention is obtained. Another method of producing the polymer compound of the present invention is a method of polymerizing or copolymerizing a monomer having a chemical structure capable of inducing an essential structure, and then derivatizing the monomer into an essential structural element by a polymer reaction. In any of these two production methods, as described above, one kind or two or more kinds of other monomers not related to the essential structural element can be copolymerized.

【0017】これらの製造方法でもっとも広く用いられ
るものはビニル重合であるが、そのほかに重縮合、重付
加など高分子化合物の合成方法として知られている公知
の方法を広く用いることができる。それらのうちでもっ
とも単純なものの一例を挙げると、4−ヒドロキシスチ
レンと4−ジメチルアミノメチルスチレンとの共重合で
ある。このとき、4−ヒドロキシスチレンの代りに4−
アセトキシスチレンを用い共重合後にアセトキシ基をフ
ェノール性水酸基に誘導することもできる。また、第三
の共重合成分としてメタクリル酸メチルやスチレンを共
重合させることができる。
The most widely used method for producing these is vinyl polymerization, but other known methods such as polycondensation and polyaddition, which are known as synthetic methods for polymer compounds, can be widely used. One of the simplest of these is the copolymerization of 4-hydroxystyrene and 4-dimethylaminomethylstyrene. At this time, 4-hydroxystyrene is replaced by 4-
It is also possible to induce the acetoxy group into a phenolic hydroxyl group after copolymerization with acetoxystyrene. Further, methyl methacrylate or styrene can be copolymerized as the third copolymerization component.

【0018】第三の共重合成分は本発明の高分子化合物
の性能調節に用いるがあまり多く用いると感度が低下す
るため、その高分子化合物のうち重量で50%以下にと
どめることが望ましい。ビニル重合の場合に利用可能な
共重合成分の例としてはエチレン、プロピレン、アクリ
ロニトリル、塩化ビニル、無水マレイン酸、アクリル
酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル類、メタクリル
酸エステル類、酢酸ビニル、スチレンおよびその誘導
体、ビニルエーテル類などである。
The third copolymerization component is used for controlling the performance of the polymer compound of the present invention, but if it is used in too much amount, the sensitivity is lowered. Examples of copolymerizable components that can be used in the case of vinyl polymerization include ethylene, propylene, acrylonitrile, vinyl chloride, maleic anhydride, acrylic acid, methacrylic acid, acrylic acid esters, methacrylic acid esters, vinyl acetate, styrene and the like. Examples include derivatives and vinyl ethers.

【0019】本発明の放射線感応性高分子化合物の分子
量はとくに限定しないが、通常は500〜1,000,
000の範囲である。とくに好ましい範囲は1,000
〜100,000である。分子量があまり大きいものは
溶液の粘度が高く、塗膜が困難であり、また現像性も低
下する。また、分子量が小さすぎるものも塗膜が弱く、
パターン形成後の耐熱性が劣るなどの問題を生ずる。
The molecular weight of the radiation-sensitive polymer compound of the present invention is not particularly limited, but usually 500 to 1,000,
It is in the range of 000. Particularly preferred range is 1,000
100 to 100,000. If the molecular weight is too large, the viscosity of the solution is high, the coating film is difficult, and the developability is lowered. Also, if the molecular weight is too small, the coating is weak,
Problems such as poor heat resistance after pattern formation occur.

【0020】本発明の高分子化合物は光とくに紫外線の
ほか、X線、シンクロトロン放射線、γ線のような電磁
波、電子線、プロトン、金属イオンなどの粒子線のよう
な高エネルギー放射線に対する高い感受性を有し、とく
に半導体の微細加工におけるレジストとして用いるとき
わめて高い解像度が得られるため有用である。レジスト
としては乾式エッチング耐性が高く、また従来のホトレ
ジストを用いるリソグラフィーのプロセスで行われたア
ルカリ水溶液による現像が利用できるほか、保存安定性
が高いため、一定の品質のパターン精度が得やすいなど
多くの特長を備えている。本発明の高分子化合物は光レ
ジストとしてばかりでなく、電子線、X線などを用いる
リソグラフィーにも適合する。光レジストとして用いる
ときは高分子化合物の光吸収に注意する必要がある。レ
ジストとして塗膜したときリソグラフィーに用いる光の
吸収があまり少ないと十分な感度が得難く、あまり光の
吸収が強いと光が塗膜表面で多く吸収され表面と底面付
近の露光の程度の差が大きいことから現像後のパターン
の断面形状がいわゆる逆テーパーの傾向を生じやすい。
一般には300nm以上の比較的長波長の光を用いるとき
は高分子化合物中の芳香族環にナフタレン環、アントラ
セン環などの縮環構造やビフェニル構造など長い共役系
を利用してある程度の吸収を高めたほうが感度が得やす
い。250nm前後の比較的短波長のときはベンゼン環、
ナフタレン環までの芳香環を利用するほうが有利であ
る。
The polymer compound of the present invention has high sensitivity to light, especially ultraviolet rays, as well as electromagnetic waves such as X-rays, synchrotron radiation and γ rays, and high-energy radiation such as electron beams, particle beams such as protons and metal ions. In particular, it is useful when used as a resist in fine processing of semiconductors, because an extremely high resolution can be obtained. As a resist, it has high dry etching resistance, and it can be developed with an alkaline aqueous solution that was used in the lithography process using a conventional photoresist.Because of its high storage stability, it is easy to obtain a certain quality of pattern accuracy. It has features. The polymer compound of the present invention is suitable not only as a photoresist but also for lithography using electron beams, X-rays and the like. When using it as a photo resist, it is necessary to pay attention to the light absorption of the polymer compound. When coated as a resist, it is difficult to obtain sufficient sensitivity if the amount of light used for lithography is too small, and if the amount of light absorbed is too strong, a large amount of light is absorbed on the surface of the coating and the difference in the degree of exposure between the surface and the bottom surface Since it is large, the cross-sectional shape of the pattern after development tends to cause a so-called reverse taper.
Generally, when light with a relatively long wavelength of 300 nm or longer is used, the aromatic ring in the polymer compound uses a long conjugated system such as a condensed ring structure such as a naphthalene ring or anthracene ring or a biphenyl structure to enhance absorption to some extent. It is easier to obtain sensitivity. Benzene ring when the wavelength is relatively short around 250 nm,
It is advantageous to utilize aromatic rings up to the naphthalene ring.

【0021】本発明の高分子化合物はこれらの放射線の
露光により溶媒に対する溶解性が低下する。とくに、そ
れがアルカリ水溶液に可溶なときは、露光による溶解性
能の変化を利用してアルカリ水溶液による現像が可能で
ある。
The polymer compound of the present invention has reduced solubility in a solvent upon exposure to these radiations. In particular, when it is soluble in an alkaline aqueous solution, development with an alkaline aqueous solution is possible by utilizing the change in dissolution performance due to exposure.

【0022】この感度発現の機構については現在十分明
らかではないが、露光により二つの必須構造要素の間に
化合反応が生じ、フェノール性水酸基が封鎖されること
および構造要素間に化学結合が生じ分子量が増大するこ
とによって、とくにアルカリ水溶液に対する溶解速度が
相乗的に低下するものと思われる。なお、アルカリ水溶
液を用いず、有機溶媒による現像も可能であり、もとの
高分子化合物がアルカリ水溶液に不溶なときはこの方法
によらなければならない。
Although the mechanism of expression of this sensitivity is not sufficiently clear at present, a chemical reaction occurs between two essential structural elements by exposure, the phenolic hydroxyl group is blocked, and a chemical bond is generated between the structural elements. It is believed that the increase in the amount of water causes a synergistic decrease in the dissolution rate, especially in an alkaline aqueous solution. Note that development with an organic solvent is also possible without using an alkaline aqueous solution, and this method must be used when the original polymer compound is insoluble in the alkaline aqueous solution.

【0023】本発明の高分子化合物をレジストとして用
いる微細パターンの形成は次のように行なう。
The fine pattern using the polymer compound of the present invention as a resist is formed as follows.

【0024】本発明の高分子化合物を単独でまたは必要
によって他の添加物とともに有機溶媒に溶解し、ロ過を
行なった後シリコンウエファー、クロムマスク基板、そ
の他の基板の上に塗布して均一な塗膜を形成させる。塗
膜のための溶媒としてはジオキサン、テトラヒドロフラ
ン、エチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテ
ル類、クロロベンゼン、トリクロロエチレンなどの塩素
化炭化水素、酢酸n−ブチル、酢酸イソアミル、酢酸セ
ロソルブ、酢酸メチルセロソルブ、酢酸エチルセロソル
ブ、酢酸ブチル、乳酸エチルなどのカルボン酸エステル
類、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、N
−ピロリドンなどの非プロトン性極性溶媒、シクロヘキ
サノン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコー
ルなどのケトン類が主として用いられる。これらは単独
で、また場合によっては混合して用いて塗膜性を高める
ことができる。それ自体は構成成分に対して非溶媒であ
る炭化水素やアルコール類も溶媒の一部成分としては用
いることがある。さらに、この溶液にはレジスト組成物
のほかに塗膜性を向上させるための界面活性剤やパター
ン形状を改良するためのある種の染料、その他保存安定
剤などを添加することができる。溶液中のレジスト組成
物の濃度は通常5〜50%であり、必要とする膜厚や塗
膜の方法および条件によって定める。塗膜は回転塗布ま
たは噴霧塗布が多く用いられる。
The polymer compound of the present invention alone or together with other additives as necessary is dissolved in an organic solvent, filtered, and then coated on a silicon wafer, a chrome mask substrate or another substrate to obtain a uniform mixture. Form a coating film. Solvents for the coating film include dioxane, tetrahydrofuran, ethers such as ethylene glycol dimethyl ether, chlorinated hydrocarbons such as chlorobenzene and trichloroethylene, n-butyl acetate, isoamyl acetate, cellosolve acetate, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, acetic acid. Carboxylic acid esters such as butyl and ethyl lactate, dimethylacetamide, dimethylformamide, N
-Aprotic polar solvents such as pyrrolidone and ketones such as cyclohexanone, methyl isobutyl ketone and diacetone alcohol are mainly used. These can be used alone or, if necessary, mixed to enhance the coating property. Hydrocarbons and alcohols, which are themselves nonsolvents to the constituents, may be used as a part of the solvent. Further, in addition to the resist composition, a surfactant for improving the coating property, a certain dye for improving the pattern shape, and other storage stabilizers can be added to this solution. The concentration of the resist composition in the solution is usually 5 to 50% and is determined depending on the required film thickness and the method and conditions of the coating film. Spin coating or spray coating is often used for the coating film.

【0025】塗膜後、必要によってベーキング処理を行
ない、薄膜の所望部分に露光を行なう。描画のための露
光光源としては電子線,X線,紫外線,シンクロトロン
放射線,イオンビームなどが用いられる。光源と被露光
面との間に所望のパターンに従って膜面にエネルギーが
到達し得るようなマスクを介在させる露光方式と、露光
エネルギーを細いビームにして塗膜面に所望のパターン
を描画してゆく露光方式が知られている。電子線やイオ
ンビームを光源として用いるときは後者の方法が可能で
ある。現像は浸漬または噴霧方式が一般的である。現像
液としてはアルカリ水溶液を用いる。たとえば、水酸化
ナトリウム,水酸化カリウム,炭酸ナトリウム,ケイ酸
ナトリウム,リン酸三ナトリウム,ホウ酸ナトリウムな
どのアルカリ金属水酸化物,アルカリ金属の弱酸塩やテ
トラメチルアンモニウムヒドロキシド,テトラエチルア
ンモニウムヒドロキシド,テトラブチルアンモニウムヒ
ドロキシド,コリンなどの第四級アンモニウムヒドロキ
シド水溶液が挙げられる。とくに溶解しやすい高分子化
合物の場合にはアンモニア水やn−プロピルアミン,ジ
エチルアミン,β−ピコリン,ピペリジン,コリジンな
どアミン類の水溶液が用いうる場合もある。これらの現
像液には第四級アンモニウム塩やその他の塩類、アルコ
ール類、界面活性剤などを必要に応じて添加してもよ
い。リンスおよびポストベークについても公知の方法が
利用できる。
After the coating film, if necessary, a baking treatment is performed to expose a desired portion of the thin film. Electron beams, X-rays, ultraviolet rays, synchrotron radiation, ion beams, etc. are used as exposure light sources for drawing. An exposure method in which a mask is interposed between the light source and the surface to be exposed so that energy can reach the film surface according to the desired pattern, and the exposure energy is made into a narrow beam to draw the desired pattern on the coating surface. The exposure method is known. The latter method is possible when using an electron beam or an ion beam as the light source. The development is generally a dipping or spraying method. An alkaline aqueous solution is used as the developing solution. For example, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, trisodium phosphate, and sodium borate, weak alkali metal salts and tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, Examples thereof include aqueous solutions of quaternary ammonium hydroxide such as tetrabutylammonium hydroxide and choline. In the case of a particularly soluble polymer compound, aqueous ammonia or an aqueous solution of amines such as n-propylamine, diethylamine, β-picoline, piperidine and collidine may be used. If necessary, quaternary ammonium salts, other salts, alcohols, surfactants, etc. may be added to these developers. Known methods can be used for the rinse and the post-baking.

【0026】本発明の放射線感応性高分子化合物は塗膜
溶媒に溶解して保存しても熱または可視光線に対して不
安定な構造は含まないため保存安定性にすぐれている。
とくに長期に保存する場合には容器を窒素ガスでシール
し、また冷暗所に保存すれば性能変化はきわめて少い。
とくに近紫外域または可視域の波長の光にデザインした
ものを除けば可視光に対して事実上感受性をもたないた
め、明所で取扱うことができ、黄色ランプなどを必要と
しない。このような安定性のために本発明の高分子化合
物は常に一定の画像形成特性を発揮することができ、工
業生産の工程においてきわめて有利である。
The radiation-sensitive polymer compound of the present invention is excellent in storage stability because it does not contain a structure unstable to heat or visible light even if it is dissolved in a coating solvent and stored.
Especially when stored for a long period of time, if the container is sealed with nitrogen gas and stored in a cool dark place, the change in performance is extremely small.
Since it is virtually insensitive to visible light except for those designed for light in the near-ultraviolet or visible wavelengths, it can be handled in the bright and does not require a yellow lamp. Due to such stability, the polymer compound of the present invention can always exhibit a certain image forming property, which is extremely advantageous in the process of industrial production.

【0027】[0027]

【実施例】以下実施例を挙げて本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されない。
EXAMPLES The present invention will now be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

【0028】実施例1 3−アセトキシスチレン8.0g、3−(ジメチルアミ
ノメチル)スチレン2.0gおよびアゾビスイソブチロ
ニトリル1.0gをトルエン40ml中に混合溶解し、窒
素ふんいき気中、65℃において46時間重合を行なっ
た。重合時間終了後、反応混合物をヘキサン400ml中
に注ぎポリマーを瀘別し、真空乾燥した。さらに、得ら
れた共重合体とジオキサン100mlに溶解し、この溶液
にヒドラジン水和物20mlを滴下し、室温で6時間かき
まぜて脱アセチル化反応を行なった。反応混合物をヘキ
サン300ml中に注いでポリマーを沈でんさせて瀘別し
水洗後乾燥して重量平均分子量約6,000の3−ヒド
ロキシスチレン−3−(ジメチルアミノメチル)スチレ
ン共重合体6.5gを得た。
Example 1 8.0 g of 3-acetoxystyrene, 2.0 g of 3- (dimethylaminomethyl) styrene and 1.0 g of azobisisobutyronitrile were mixed and dissolved in 40 ml of toluene, and the mixture was dissolved in nitrogen. Polymerization was carried out at 65 ° C. for 46 hours. After the completion of the polymerization time, the reaction mixture was poured into 400 ml of hexane to separate the polymer, and the polymer was vacuum dried. Further, the obtained copolymer was dissolved in 100 ml of dioxane, 20 ml of hydrazine hydrate was added dropwise to this solution, and the mixture was stirred at room temperature for 6 hours for deacetylation reaction. The reaction mixture was poured into 300 ml of hexane to precipitate the polymer, which was filtered, washed with water and dried to give 6.5 g of 3-hydroxystyrene-3- (dimethylaminomethyl) styrene copolymer having a weight average molecular weight of about 6,000. Obtained.

【0029】この共重合体1.0gを酢酸メチルセロソ
ルブ4.2gに溶解し、レジスト溶液とした。これを常
法に従ってシリコンウエファー上に回転塗布し、90℃
の空気オーブン中で20分間プレベーク処理を行って膜
厚0.98μmの塗膜を得た。500WのXe−Hgラ
ンプを光源とし、干渉フィルターを用いて254nmで露
光試験を行なった。レジストの塗膜面に露光時間を変え
て小スポットを多数露光した。露光後0.20Nのテト
ラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で現像し、9
0℃で20分間ポストベーキング処理を行なった後、そ
れぞれの小スポットについて膜厚を測定し、露光量との
関係をしらべて感度曲線を作成した。感度曲線上の残膜
率50%に対応する露光量は16mJ/cm2 であった。
1.0 g of this copolymer was dissolved in 4.2 g of methyl cellosolve acetate to prepare a resist solution. This is spin-coated on a silicon wafer according to a conventional method, and the temperature is 90 ° C.
A pre-baking treatment was performed for 20 minutes in the above air oven to obtain a coating film having a film thickness of 0.98 μm. An exposure test was performed at 254 nm using a 500 W Xe-Hg lamp as a light source and an interference filter. A large number of small spots were exposed on the coating film surface of the resist by changing the exposure time. After exposure, develop with 0.20N tetramethylammonium hydroxide aqueous solution,
After the post-baking treatment was performed at 0 ° C. for 20 minutes, the film thickness of each small spot was measured, and the relationship with the exposure amount was examined to prepare a sensitivity curve. The exposure dose corresponding to a residual film rate of 50% on the sensitivity curve was 16 mJ / cm 2 .

【0030】実施例2 実施例1に記載した方法にならって合成した3−ヒドロ
キシスチレン84モル%と4−(ジエチルアミノメチ
ル)スチレン16モル%とから成る平均分子量約8,0
00の共重合体を、酢酸メチルセロソルブを溶媒として
クロム基板上に塗布し、膜厚0.85μmの塗膜を得
た。この塗膜について感度特性の測定を行なった。50
0WのXe−Hgランプを光源とし、290nm付近に反
射ピークをもつコールドミラーをもつ露光装置によって
実施例1に記載した方法で露光を行ない、0.25Nの
テトラメチルアンモニウム水溶液で現像処理を行なった
ところ、残膜率50%に対応する露光時間は2.5秒で
あった。
Example 2 An average molecular weight of about 8.0 consisting of 84 mol% of 3-hydroxystyrene and 16 mol% of 4- (diethylaminomethyl) styrene synthesized according to the method described in Example 1.
Copolymer No. 00 was coated on a chromium substrate using methyl cellosolve acetate as a solvent to obtain a coating film having a thickness of 0.85 μm. The sensitivity characteristics of this coating film were measured. Fifty
Exposure was performed by the method described in Example 1 using an exposure apparatus having a 0 W Xe-Hg lamp as a light source and a cold mirror having a reflection peak near 290 nm, and developed with a 0.25 N tetramethylammonium aqueous solution. However, the exposure time corresponding to the residual film ratio of 50% was 2.5 seconds.

【0031】実施例3 4−ヒドロキシスチレン82モル%、4−(ベンジルア
ミノメチル)スチレン18モル%とから成る重量平均分
子量約12,000の共重合体を酢酸エチルセロソルブ
に濃度15%に溶解し、シリコンウエファー上に回転塗
布して膜厚0.70μmの塗膜を得た。実施例1に記載
した方法に従って254nmの遠紫外光に対する感度を測
定した。50%残膜率に対応する感度は18.5mJ/
cm2 であった。
Example 3 A copolymer having a weight average molecular weight of about 12,000 consisting of 82 mol% of 4-hydroxystyrene and 18 mol% of 4- (benzylaminomethyl) styrene was dissolved in ethyl acetate cellosolve at a concentration of 15%. It was spin-coated on a silicon wafer to obtain a coating film having a thickness of 0.70 μm. The sensitivity to 254 nm far-ultraviolet light was measured according to the method described in Example 1. Sensitivity corresponding to 50% residual film rate is 18.5 mJ /
It was cm 2 .

【0032】実施例4 4−アセトキシスチレン9.0gと4−(ジエチルアミ
ノメチル)スチレン1.0gを用いアソビスイソブチロ
ニトリル0.10gを開始剤として実施例1に記載した
方法にならって作成した4−ヒドロキシスチレンと4−
(ジエチルアミノメチル)スチレンとの共重合体で重量
平均分子量約40,000のものを酢酸メチルセロソル
ブに溶解した。溶液のポリマー濃度は10%とした。シ
リコンウエファー上に塗布して膜厚1.0μmの塗膜を
形成し、ホットプレート上、120℃で120秒間ベー
キング処理を行なった後、実施例1に記載した方法で2
54nmの遠紫外線露光を行なった。0.13Nのテトラ
メチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で現像したとこ
ろ残膜率50%を与える感度は9mJ/cm2 であった。
Example 4 Prepared according to the method described in Example 1 using 9.0 g of 4-acetoxystyrene and 1.0 g of 4- (diethylaminomethyl) styrene with 0.10 g of asobisisobutyronitrile as an initiator. 4-hydroxystyrene and 4-
A copolymer with (diethylaminomethyl) styrene having a weight average molecular weight of about 40,000 was dissolved in methyl cellosolve acetate. The polymer concentration of the solution was 10%. After coating on a silicon wafer to form a coating film having a thickness of 1.0 μm and baking on a hot plate at 120 ° C. for 120 seconds, the method 2 described in Example 1 was applied.
A deep UV exposure of 54 nm was performed. When developed with a 0.13 N tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, the sensitivity giving a residual film rate of 50% was 9 mJ / cm 2 .

【0033】実施例5 4−アセトキシスチレン8.0gと4−(ジメチルアミ
ノメチル)スチレン2.0gを原料モノマーとし、アゾ
ビスイソブチロニトリル1.0gを開始剤として実施例
1に記載した方法で65℃、48時間重合して得た共重
合体を、実施例1と同様に処理して4−ヒドロキシスチ
レンと4−(ジメチルアミノメチル)スチレンとの共重
合体6.8gを得た。実施例1に記載した方法で露光を
行ない0.15Nのテトラメチルアンモニウムヒドロキ
シド水溶液で現像したところ、50%残膜率における感
度は10mJ/cm2 であった。また、この塗膜の波長2
54nmの遠紫外光に対する透過率は膜厚1μmのとき4
2%であった。
Example 5 The method described in Example 1 using 8.0 g of 4-acetoxystyrene and 2.0 g of 4- (dimethylaminomethyl) styrene as raw material monomers and 1.0 g of azobisisobutyronitrile as an initiator. The copolymer obtained by polymerization at 65 ° C. for 48 hours was treated in the same manner as in Example 1 to obtain 6.8 g of a copolymer of 4-hydroxystyrene and 4- (dimethylaminomethyl) styrene. When exposure was performed by the method described in Example 1 and development was performed with a 0.15N tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, the sensitivity at a 50% residual film rate was 10 mJ / cm 2 . Also, this coating has a wavelength of 2
The transmittance for 54 nm far-ultraviolet light is 4 when the film thickness is 1 μm.
It was 2%.

【0034】KrFエキシマレーザー(248nm)でテ
ストパターンを露光したところ膜厚1μmの塗膜につい
て100mJ/cm2 露光のとき線幅0.35μmのライ
ンアンドスペースを鮮明に解像した。
When the test pattern was exposed with a KrF excimer laser (248 nm), a line and space having a line width of 0.35 μm was clearly resolved when the coating film having a film thickness of 1 μm was exposed at 100 mJ / cm 2 .

【0035】実施例6 4−アセトキシスチレン9.0gおよび3−クロロ−4
−(ジメチルアミノメチル)スチレン1.0gをアゾビ
スイソブチロニトリル1.0gと共にベンゼン60ml中
に混合溶解し、窒素ふんいき気中、65℃で40時間重
合した。反応混合物を実施例1に記載した方法に従って
処理し、重量平均分子量約7,000の4−ヒドロキシ
スチレン=3−クロロ−4−(ジメチルアミノメチル)
スチレン共重合体6.5gを得た。この共重合体をシク
ロヘキサノンに濃度25%に成るように溶解してレジス
ト溶液を作成し、シリコンウエファー上に回転塗布し
て、膜厚0.95μmの塗膜を得た。実施例1に記載し
た方法に従って露光し、0.16Nのテトラメチルアン
モニウムヒドロキシド水溶液で現像して50%残膜感度
14mJ/cm2 を得た。
Example 6 9.0 g of 4-acetoxystyrene and 3-chloro-4
1.0 g of-(dimethylaminomethyl) styrene was mixed and dissolved in 60 ml of benzene together with 1.0 g of azobisisobutyronitrile, and polymerized at 65 ° C for 40 hours in a nitrogen atmosphere. The reaction mixture was treated according to the method described in Example 1 to give 4-hydroxystyrene having a weight average molecular weight of about 7,000 = 3-chloro-4- (dimethylaminomethyl).
6.5 g of a styrene copolymer was obtained. This copolymer was dissolved in cyclohexanone to a concentration of 25% to prepare a resist solution, which was spin-coated on a silicon wafer to obtain a coating film having a thickness of 0.95 μm. Exposure according to the method described in Example 1 and development with a 0.16N tetramethylammonium hydroxide aqueous solution gave a 50% residual film sensitivity of 14 mJ / cm 2 .

【0036】実施例7 4−ヒドロキシスチレン72モル%と4−(ジメチルア
ミノメチル)スチレン28モル%とから成る共重合体を
酢酸エチルセロソルブの20%溶液とした後、計算量の
酢酸を滴下してジメチルアミノメチル基を酢酸塩とし
た。このレジスト溶液をシリコンウエファー上に回転塗
布し、厚さ1.01μmのレジスト膜を作成した。実施
例1に記載した方法で254nmの遠紫外線を露光し、
0.23Nのテトラメチルアンモニウムヒドロキシドで
現像したところ50%残膜感度は9mJ/cm2 であっ
た。
Example 7 A copolymer of 72 mol% 4-hydroxystyrene and 28 mol% 4- (dimethylaminomethyl) styrene was made into a 20% solution of ethyl cellosolve acetate, and then a calculated amount of acetic acid was added dropwise. The dimethylaminomethyl group was converted to acetate. This resist solution was spin-coated on a silicon wafer to form a resist film having a thickness of 1.01 μm. Exposing to 254 nm deep UV radiation as described in Example 1,
When developed with 0.23N tetramethylammonium hydroxide, the 50% residual film sensitivity was 9 mJ / cm 2 .

【0037】実施例8 4−ヒドロキシ−1−ビニルナフタレン37モル%、4
−ヒドロキシスチレン43モル%および4−(ジメチル
アミノメチル)スチレン20モル%から成り、ジオキサ
ン中25℃で測定した固有粘度が0.070の三成分共
重合体を酢酸エチルセロソルブの20%溶液とし、シリ
コンウエファー上に回転塗布して膜厚0.90μmの塗
膜を作成し、実施例1に記載した方法に従って感度測定
を行なった。現像には0.29Nのテトラメチルアンモ
ニウムヒドロキシドの水溶液を用いた。50%残膜感度
は20mJ/cm2 であった。また、干渉フィルターを変
えて280nmの遠紫外線に対する感度を測定すると13
mJ/cm2 であった。
Example 8 4-hydroxy-1-vinylnaphthalene 37 mol%, 4
A ternary copolymer consisting of 43 mol% of hydroxystyrene and 20 mol% of 4- (dimethylaminomethyl) styrene and having an intrinsic viscosity of 0.070 measured in dioxane at 25 ° C., as a 20% solution of ethyl cellosolve acetate, A silicon wafer was spin-coated to form a coating film having a thickness of 0.90 μm, and the sensitivity was measured according to the method described in Example 1. An aqueous solution of 0.29N tetramethylammonium hydroxide was used for development. The 50% residual film sensitivity was 20 mJ / cm 2 . Moreover, when the interference filter is changed and the sensitivity to 280 nm far ultraviolet rays is measured, it is 13
It was mJ / cm 2 .

【0038】実施例9 4−ヒドロキシスチレン91モル%、4−ジメチルアミ
ノメチル−1−ナフトール9モル%から成るジオキサン
中25℃で測定した固有粘度が0.11である共重合体
を酢酸メチルセロソルブに溶解してシリコンウエファ−
上に塗布し1.10μmの膜厚をもつ塗膜を得た。Xe
−Hgランプを光源とし、干渉フィルターを用いて28
9nmの遠紫外光で露光し、実施例1に記載した方法で感
度測定を行なった。現像は0.25Nのテトラメチルア
ンモニウムヒドロキシド水溶液を用いた。50%残膜感
度は8mJ/cm2 であった。
EXAMPLE 9 A copolymer having 91% by mole of 4-hydroxystyrene and 9% by mole of 4-dimethylaminomethyl-1-naphthol and having an intrinsic viscosity of 0.11 measured at 25 ° C. in dioxane was treated with methyl cellosolve acetate. Dissolve in silicon wafer
A coating film having a film thickness of 1.10 μm was obtained by coating on the above. Xe
-Using an Hg lamp as a light source and an interference filter,
Exposure was performed with far-ultraviolet light of 9 nm, and the sensitivity was measured by the method described in Example 1. For development, a 0.25N tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was used. The 50% residual film sensitivity was 8 mJ / cm 2 .

【0039】実施例10 4−ヒドロキシスチレン90モル%と9−ジメチルアミ
ノメチル−10−ビニルアントラセン10モル%とから
成り、25℃のシオキサン中で測定した固有粘度が0.
09である共重合体について実施例1に記載した方法に
従って感度測定を行なった。塗膜溶媒としてはクロロベ
ンゼンを用い、ベーキング処理はホットプレートを用い
110℃で120秒行なった。現像は0.30Nのテト
ラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いた。干
渉フィルターを用いて365nmの紫外光で露光した結
果、残膜率50%に相当する露光量は18mJ/cm2
あった。
Example 10 90% by mol of 4-hydroxystyrene and 10% by mol of 9-dimethylaminomethyl-10-vinylanthracene, having an intrinsic viscosity of 0.
The sensitivity of the copolymer of No. 09 was measured according to the method described in Example 1. Chlorobenzene was used as the coating solvent, and the baking treatment was performed using a hot plate at 110 ° C. for 120 seconds. For development, a 0.30N tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was used. As a result of exposure to 365 nm ultraviolet light using an interference filter, the exposure amount corresponding to a residual film rate of 50% was 18 mJ / cm 2 .

【0040】実施例11 4−ヒドロキシスチレン76モル%、4−(ジメチルア
ミノメチル)スチレン18モル%およびスチレン6モル
%から成る三成分共重合体を用い、実施例1に記載した
方法に従って254nmにおける感度測定を行なった。膜
厚0.85μmで0.30Nのテトラメチルアンモニウ
ムヒドロキシド水溶液を現像液とするとき50%残膜感
度は11mJ/cm2 であった。
Example 11 Using a ternary copolymer consisting of 76 mol% 4-hydroxystyrene, 18 mol% 4- (dimethylaminomethyl) styrene and 6 mol% styrene at 254 nm according to the method described in Example 1. Sensitivity measurements were performed. The 50% residual film sensitivity was 11 mJ / cm 2 when a 0.30 N tetramethylammonium hydroxide aqueous solution having a film thickness of 0.85 μm was used as a developing solution.

【0041】実施例12 実施例4に記載した4−ヒドロキシスチレンと4−(ジ
エチルアミノメチル)スチレンとの共重合体をシリコン
ウエファー上に回転塗布し、100℃のホットプレート
上で120秒間プレベーク処理して膜厚0.70μmの
塗膜を得た。この膜面に加速電圧20KVの電子線を用
いて露光量の異なる小さいスポットを多数露光した。露
光後0.13Nのテトラメチルアンモニウムヒドロキシ
ド水溶液を用いて現像し、水洗乾燥後、それぞれの小ス
ポットについて膜厚を測定し、露光量との関係から感度
曲線を作成した。感度曲線上の残膜率50%に対応する
露光量は6μC/cm2 であった。
Example 12 The copolymer of 4-hydroxystyrene and 4- (diethylaminomethyl) styrene described in Example 4 was spin-coated on a silicon wafer and prebaked on a hot plate at 100 ° C. for 120 seconds. A coating film having a thickness of 0.70 μm was obtained. A large number of small spots having different exposure amounts were exposed on this film surface by using an electron beam with an acceleration voltage of 20 KV. After the exposure, the film was developed with a 0.13N tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, washed with water and dried, and then the film thickness of each small spot was measured, and a sensitivity curve was created from the relationship with the exposure amount. The exposure amount corresponding to the residual film rate of 50% on the sensitivity curve was 6 μC / cm 2 .

【0042】実施例13 4−ヒドロキシ−イソプロペニルベンゼン90モル%、
4−(メチルアミノメチル)スチレン10モル%から成
る共重合体をシリコンウエファー上に塗布し、膜厚0.
81μmの塗膜に実施例1に記載した方法で254nmの
遠紫外線を露光して感度測定を行なった。現像液として
は0.45Nのテトラメチルアンモニウムヒドロキシド
水溶液を用いた。50%残膜率のときの露光量は35m
J/cm2であった。
Example 13 90% by mol of 4-hydroxy-isopropenylbenzene,
A copolymer consisting of 10 mol% of 4- (methylaminomethyl) styrene was coated on a silicon wafer to give a film thickness of 0.
The 81 μm coating film was exposed to deep ultraviolet rays of 254 nm by the method described in Example 1 to measure the sensitivity. A 0.45N tetramethylammonium hydroxide aqueous solution was used as a developing solution. The amount of exposure when the remaining film ratio is 50% is 35 m.
It was J / cm 2 .

【0043】実施例14 4−ヒドロキシスチレン88モル%、3,5−ビス(ジ
メチルアミノメチル)スチレン12モル%から成る重量
平均分子量約7,000の共重合体を酢酸メチルセロソ
ルブ溶液としてシリコンウエファー上に回転塗布し、膜
厚0.95μmの塗膜を作成した。実施例1に記載した
方法で露光を行ない、さらに0.16Nのテトラメチル
アンモニウムヒドロキシド水溶液で現像処理を行なっ
た。50%残膜率に相当する露光量は13mJ/cm2
あった。
Example 14 A copolymer of 88 mol% 4-hydroxystyrene and 12 mol% 3,5-bis (dimethylaminomethyl) styrene having a weight average molecular weight of about 7,000 was prepared as a methyl acetate cellosolve solution on a silicon wafer. Was spin-coated on to prepare a coating film having a film thickness of 0.95 μm. Exposure was performed by the method described in Example 1, and further development processing was performed with a 0.16N tetramethylammonium hydroxide aqueous solution. The exposure dose corresponding to the 50% residual film rate was 13 mJ / cm 2 .

【0044】実施例15 4−ヒドロキシスチレン83モル%と下記の構造式をも
つモノマー17モル%とから成る共重合体を
Example 15 A copolymer consisting of 83 mol% 4-hydroxystyrene and 17 mol% of a monomer having the following structural formula:

【化4】 シクロヘキサノンに溶解し濃度20%のレジスト溶液を
作成した。実施例1に記載した方法に従って感度特性の
測定を行なった。膜厚は1.00μm、また現像液は
0.25Nのテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの
水溶液を用いた。50%残膜感度は28mJ/cm2 であ
った。
[Chemical 4] A resist solution having a concentration of 20% was prepared by dissolving it in cyclohexanone. The sensitivity characteristics were measured according to the method described in Example 1. The film thickness was 1.00 μm, and the developing solution used was an aqueous solution of 0.25N tetramethylammonium hydroxide. The 50% residual film sensitivity was 28 mJ / cm 2 .

【0045】実施例16 4−ヒドロキシスチレン87モル%と4−(ジメチルア
ミノメチル)ケイ皮酸ビニル13モル%とから成る共重
合体について、365nmにおける感度特性の測定を実施
例1の方法にならって行なった。膜厚0.56μmで5
0%残膜感度は10mJ/cm2 であった。
Example 16 For the copolymer consisting of 87 mol% of 4-hydroxystyrene and 13 mol% of vinyl 4- (dimethylaminomethyl) cinnamate, the sensitivity characteristic at 365 nm was measured by the method of Example 1. I did it. 5 at a film thickness of 0.56 μm
The 0% residual film sensitivity was 10 mJ / cm 2 .

【0046】実施例17 3,5−ジヒドロキシスチレン53モル%、4−(ジメ
チルアミノメチル)スチレン25モル%およびメタクリ
ル酸メチル22モル%から成る共重合体をシクロヘキサ
ノンに溶解し、クロム基板上に塗布し、エアオーブン中
70℃で20分間プレベーク処理を行なって膜厚0.8
5μmの塗膜を得た。実施例1に記載した方法に従って
254nmの遠紫外光で露光試験を行なった。露光後0.
52Nのテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液
で現像処理を行ない、75mJ/cm2 の50%残膜感度
を得た。
Example 17 A copolymer consisting of 53 mol% 3,5-dihydroxystyrene, 25 mol% 4- (dimethylaminomethyl) styrene and 22 mol% methyl methacrylate was dissolved in cyclohexanone and coated on a chromium substrate. Then, prebaking is performed in an air oven at 70 ° C for 20 minutes to obtain a film thickness of 0.8.
A coating film of 5 μm was obtained. An exposure test was conducted according to the method described in Example 1 with far ultraviolet light of 254 nm. After exposure 0.
Development was carried out with a 52N aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide to obtain a 50% residual film sensitivity of 75 mJ / cm 2 .

【0047】実施例18 4−ヒドロキシスチレン73モル%、2−アリルフェノ
ール3モル%および4−(ジエチルアミノメチル)スチ
レン24モル%から成る共重合体を酢酸エチルセロソル
ブ65%、酢酸エチル35%から成る混合溶媒に溶解
し、シリコンウエファー上の膜厚0.60μmの塗膜に
ついて290nmの反射ピークをもつコールドミラーを介
して、500WのXe−Hgで露光試験を行ない、露光
時間と残膜率との関係から感度曲線を作成した。残膜率
50%に対応する露光時間は1.1秒であった。
Example 18 A copolymer consisting of 73 mol% of 4-hydroxystyrene, 3 mol% of 2-allylphenol and 24 mol% of 4- (diethylaminomethyl) styrene is composed of 65% of ethyl cellosolve acetate and 35% of ethyl acetate. A coating film having a film thickness of 0.60 μm on a silicon wafer dissolved in a mixed solvent was subjected to an exposure test at 500 W of Xe-Hg through a cold mirror having a reflection peak of 290 nm. A sensitivity curve was created from the relationship. The exposure time corresponding to a residual film rate of 50% was 1.1 seconds.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記の二つの化学構造を必須構成要素と
して含むことを特徴とする放射線感応性高分子化合物。 (1)フェノール性水酸基 (2)芳香族環に結合した
下記の原子団 【化1】 (ここにR1 、R2 は水素原子または炭素数1〜4個の
炭化水素基、R3 、R4は水素原子または置換基を有し
または置換基を有しない炭素数1〜10個の炭化水素基
を表わし、またR1 〜R4 はその一部または全部が同一
であってもよく、R1 〜R4 のうち二つの間に結合が存
在して窒素原子を含む環を形成していてもよい)、また
はその有機酸もしくは無機酸との塩。
1. A radiation-sensitive polymer compound comprising the following two chemical structures as essential constituents. (1) Phenolic hydroxyl group (2) The following atomic group bonded to an aromatic ring (Here, R 1 and R 2 are a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and R 3 and R 4 are a hydrogen atom or a hydrocarbon group having a substituent or having no substituent and having 1 to 10 carbon atoms. It represents a hydrocarbon group, and R 1 to R 4 may be partially or entirely the same, and a bond is present between two of R 1 to R 4 to form a ring containing a nitrogen atom. Or an organic acid or an inorganic acid salt thereof.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5876900A (en) * 1996-04-02 1999-03-02 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Chemically amplified positive resist composition
US5882844A (en) * 1996-04-02 1999-03-16 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Chemically amplified positive resist composition
US5985512A (en) * 1996-04-08 1999-11-16 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Chemically amplified positive resist compositions

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US5985512A (en) * 1996-04-08 1999-11-16 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Chemically amplified positive resist compositions

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