JPS5868743A - 放射線感応性有機高分子材料 - Google Patents
放射線感応性有機高分子材料Info
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- JPS5868743A JPS5868743A JP56167173A JP16717381A JPS5868743A JP S5868743 A JPS5868743 A JP S5868743A JP 56167173 A JP56167173 A JP 56167173A JP 16717381 A JP16717381 A JP 16717381A JP S5868743 A JPS5868743 A JP S5868743A
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- 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
- G03F7/039—Macromolecular compounds which are photodegradable, e.g. positive electron resists
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は半導体素子、磁気バブルメモリ素子集積回路等
の製造に必要な微細パターン形成に好適な電子線、X線
、イオンビーム等の放射線に高い感応性を示すポジ形放
射線感応性有機高分子材料に関する。 従来、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ためのパターン形成法
としては、紫外線または可視光線に感応するフォトレジ
ストを利用する方法が幅広く実用化されているが、近年
、半導体素子等の高密度化、高集積化を計る目的で、1
μm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、1μm以
下の幅のパターンを精度よ(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、紫外線または可
視光線を使用する方法は、1μm以下の幅のパターンを
形成する方法としては不適であった。 これに対処して、最近、紫外線または可視光線を使用し
て微細加工を施す写真食刻技術に代って、たとえば電子
線、X線、イオンビーム等の高エネルギーの放射線を用
いるリソグラフィ技術が開発、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イ」料が抽々検N−J
されている。なかでも放射線の照射によって高分子鎖の
切断反応を詩起して、その被照射部分が現像液に可溶性
となりパターンを形成するポジ形放射線感応性イj機品
分子利料、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
橋反応な訪起して、その被照射部分が現像液に不浴性と
なりパターン形成するネガ形感応性有機月別に比して、
感度時性曲線からイυられるガンマ値が太きいために、
旨解像度のパターンを生成せしめ、微細加工用レジス)
I料としては極めて好都合である。しかし、前記した拐
料をはじめとしてポジ形感応性有機高分子祠料はネガ形
のそれに比して、その感度が1/10〜1/1oooと
低く、その結果パターン形成に要する時間が長くなり実
用性に乏しいものであった。 また、近年、半導体素子等の高密度化、高集積化ととも
に、微細加工技術には従来の湿式エツチングに代ってプ
ラズマまたは加速イオンを用いるドライエツチングが多
用される傾向にあり、放射線感応性有機高分子拐料には
上記ドライエツチングに耐えることが必須になりつつあ
る、しかしながら、ポジ形感応性有機高分子材料はネガ
形のそれに比して耐ドライエツチング性に劣っており、
実用上の決定的な欠点であった。 本発明の目的は上記したような従来技術の欠点をな(す
る、電子線、X線、イオンビーム等の高エネルギーな放
射線に対して商い感応性を有するポジ形放射蘇a<応性
有機高分子材料を提供することKあり、とくに放射線照
射により分子中にカルボキシル基(−COON )が生
成することにより被照射部分がアルカリ溶液に可溶性と
なることから、アルカリ現像ができることを特徴とする
ポジ形放射線感応性有機11&1分子−4A科を提供す
イ)ことにある。 上記の目的を達成するために、・ト発明者等は放射線感
応性を有すると思われる有機高分子材料を種々険削の結
果、この種の(イ刺と
の製造に必要な微細パターン形成に好適な電子線、X線
、イオンビーム等の放射線に高い感応性を示すポジ形放
射線感応性有機高分子材料に関する。 従来、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ためのパターン形成法
としては、紫外線または可視光線に感応するフォトレジ
ストを利用する方法が幅広く実用化されているが、近年
、半導体素子等の高密度化、高集積化を計る目的で、1
μm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、1μm以
下の幅のパターンを精度よ(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、紫外線または可
視光線を使用する方法は、1μm以下の幅のパターンを
形成する方法としては不適であった。 これに対処して、最近、紫外線または可視光線を使用し
て微細加工を施す写真食刻技術に代って、たとえば電子
線、X線、イオンビーム等の高エネルギーの放射線を用
いるリソグラフィ技術が開発、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イ」料が抽々検N−J
されている。なかでも放射線の照射によって高分子鎖の
切断反応を詩起して、その被照射部分が現像液に可溶性
となりパターンを形成するポジ形放射線感応性イj機品
分子利料、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
橋反応な訪起して、その被照射部分が現像液に不浴性と
なりパターン形成するネガ形感応性有機月別に比して、
感度時性曲線からイυられるガンマ値が太きいために、
旨解像度のパターンを生成せしめ、微細加工用レジス)
I料としては極めて好都合である。しかし、前記した拐
料をはじめとしてポジ形感応性有機高分子祠料はネガ形
のそれに比して、その感度が1/10〜1/1oooと
低く、その結果パターン形成に要する時間が長くなり実
用性に乏しいものであった。 また、近年、半導体素子等の高密度化、高集積化ととも
に、微細加工技術には従来の湿式エツチングに代ってプ
ラズマまたは加速イオンを用いるドライエツチングが多
用される傾向にあり、放射線感応性有機高分子拐料には
上記ドライエツチングに耐えることが必須になりつつあ
る、しかしながら、ポジ形感応性有機高分子材料はネガ
形のそれに比して耐ドライエツチング性に劣っており、
実用上の決定的な欠点であった。 本発明の目的は上記したような従来技術の欠点をな(す
る、電子線、X線、イオンビーム等の高エネルギーな放
射線に対して商い感応性を有するポジ形放射蘇a<応性
有機高分子材料を提供することKあり、とくに放射線照
射により分子中にカルボキシル基(−COON )が生
成することにより被照射部分がアルカリ溶液に可溶性と
なることから、アルカリ現像ができることを特徴とする
ポジ形放射線感応性有機11&1分子−4A科を提供す
イ)ことにある。 上記の目的を達成するために、・ト発明者等は放射線感
応性を有すると思われる有機高分子材料を種々険削の結
果、この種の(イ刺と
【2て、CI−IIも。
H,。
(式中1り1.はメチル基、エチル基、n−プロピル基
又はフェニル基を表わし、1(2,は氷水、アルギル基
、アリール基又はアルアルキル基ん(アルギル基にアリ
ール基が置換したもの)を表わし、1も、は水素、アル
キル基、アリール基、アルアルキル基又はハロゲン原子
を表わす。n しt重合1Wを示す数値を表わす。) あるいは C(C’I(J)几 几 (式中1もはメチル基、エチル基、n−プロピル基又は
フェニル基を表わし、凡はアルキル基、アリール基、又
はアルアルキル基を表わし、比は水素、アルキル基、ア
リール基、アルアルキル基又はハロゲン原子を表わす。 nは重合度を示す数値を表わす。) で示されるα−置換アクリル酸エステル系重合体を見い
出すに至った。 尚、前記したα−置換アクリル酸エステル系重合体は単
独重合体又は2種以上の単量体の共重合体として使用さ
れる。 更には、前記一般式で示されるα−置換アクリル酸エス
テル系重合体からなる反復単f+’LとGl。 =C基を有する付加知合性単lit体の111合により
得た反復単位を含む共11【合体もlj’t QJ線熱
感応性有機高分子材料して使用できる。 すなわち、上記のようなIIL合体は1′1王子線、X
線、イオンビーム等の高エネルギーな放射線の照射によ
って高分子鎖の切断反応を線用するほかに、分子中にカ
ルボキシル基(−C(に)II)が生成し、その結果そ
の被照射部分が”アルh IJ %液に可溶性となるこ
とから、アルカリ現像ができるポジ形放射線感応性有機
高分子((料として使用でき、分子中に芳香族環構造を
含有1〜ているために、耐ドライエツチング1/j:に
対する耐性に優れているものである。 かつ又、被照射部分のみがアルカリ現像故に可溶性とな
るために極めてii4+ l’)’I’像性のレジスト
パターンが得られ、放射線感応1/l: d)アルカリ
現1□□□を行なうことにより極めてll/I< /:
「るというl+、′f、徴を有し、ているー 例えば、ポリメタクリル酸α、α−ジメチルベンジル(
前記した一般式(2)において、R1がメチル基を、■
(,2がメチル基を、R8が水素を表わす。)を電子線
照射した場合の赤外線吸収スペクトルの変化を示すと図
のようになる。すなわち、電子線照射を行なう前のポリ
メタクリル酸α、α−ジメチルベンジルの赤外線吸収ス
ペクトルは図の1に示す通りであるが、これにt6x1
o −’ C/alr の電子線照射を行なうと、図
の2に示す如く、1729.1132.764及び70
0cm−’のポリメタクリル酸α、α−ジメチルベンジ
ルに特有の吸収が減少し、かわってポリメタクリル酸に
特有の1707.1175及び1265tyn’の吸収
が現われ、ポリマ中にカルボキシル基(−(:00H)
が生成していることが確認された。尚、図の6は別途合
成したポリメタクリル酸の赤外線吸収スペクトルであり
、参考として掲げた。電子線照射により生成したポリメ
タクリル酸はアルカリ可溶性であるために、アルカリ現
像を行なうことにより選択的に電子線照射部のみを除1
モすることができ、ポジ形のレジストパターンが得られ
る。 次に、本発明に1Mいてイφ)tj ′4−る4」本1
について説明する。 本発明において使用される放射線感応性有機高分子月利
は以下のようにして得ろことができる。 すなわち、 1?。 、1 晶1ら 1(6 (式中R,はメチル基、エチルみ、+1−プロピル基又
はフェニル基を表わし、It、は水素、アルギル基、了
り−ル基又はアルアルギルJ、l; (アルキル基にア
リール基が置換したもの)を衣わし、几。 は水素、アルキル基、アリール基、アルアルキル基又は
ハロゲン原子を表わす。士−44−合一度−郁1も 一般式[相]二 〇乱=C ■ −0 ζ 孔 (式中りはメチル基、エチル基、n−プロピル基又はフ
ェニル基を表わし、比はアルキル基、アリール基、又は
アルアルキル基を表わし、凡は水素、アルキル基、アリ
ール基、アルアルキル基又はハロゲン原子を表わす。+
−+お垂合一度−を一氷づI1値−を−表−b−すう−
) で示される単量体の一棟以上をラジカル1合又はアニオ
ン重合などによりビニル1合させるととにより得た高分
子月利、あるいは一般式(5)又は(1勺で示した単1
体の一種以1−とC1■、=C基を有する付加重合性単
量体の−fili l:J、」−とをビニル重合により
共1■合さぜた高分子H料が放射線感応性有機高分子月
利として使用される。 なお、一般式(A)又は(1勺で示17た単量体と共重
合させるCI(、=C基を有する伺加1j合性単解体に
ついて述べると、メタクリル酸アルキルエステルなどの
ように、放射線の照射によりそのポリマー中にカルボキ
シル基(−00011)が生成するものでは、前記した
一般式(A)又は(1’9で示した単量体といかなる共
重合組成でも使用され、α−メチルスチレン、イソブチ
レンなどのように放射線の照射により、そのポリマー中
にカルボキシル基が生成しないものでは、その共重合組
成は前記一般式(八又は(檜で示した単bt体より得た
重合単位10〜999モル係に対し、90〜001モル
チであることが望ましい。90モル係より多い場合には
放射線照射後の被照射部分のアルカリ可溶性が大きくな
く、その結果、放射線感応性が低くなり、実用に供し難
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、例エバ・
トルエン等の通常の有機溶媒に溶解させたものが使用
され、通常は素子基板にスピンコーティングされる。コ
ーテイング後、適当な温度条件でプリベークしたのち、
所望のパターンに放射線を照射後、被照射部分を現像液
に溶解させることによりレジストパターンが得られる。 この際、使用される現像液としては、メチルイソブチル
ケトン −イソグロビルアルコール系有機溶媒も使用で
きるが、少ない放射線照射針で、高解像性のレジスF
パターンを得るためには、アルカリ性の現像液たとえば
、ナトリウムアルコラードをアルコールに溶解させた現
像液、ピリジ/、ピペリジン、トリメチルアミン、トリ
エチルアミン、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモ
ニウムハイドロオキサイドなどの有機、無機塩基性物質
をアルコール等に溶解させた現歇液などを用いると極め
て好都合である。 以下に本発明を合成例および実施例につぎ具体的に詳細
に説明する、 合成例1 攪拌器、冷却器、21ね下口−1−を伺した31の三っ
[1フラスコに250m1!のエチルヨー−チルを入れ
、α。 α−ジメチルベンジルアルコール139.!I+ 、)
1 ) 1)エチルアミン250m1を加えてづ#押し
、7N −1” o −トよりメタクリル酸クロライド
156gとエチルエーテル200yy+l の混合浴
液を約5時間で滴下1〜だ。滴下後、IW拌を続けなが
ら上d己フラスコを水浴で加熱し、反応混介物を約5時
間還流させた。 還流後、水500Tnlを加えて反応を停止1−シ、エ
ーテル層をデカンテーションにより分離し、飽和塩化ア
ンモニウム水ta液で6回、つづいて飽和炭酸ナトリウ
ム水浴液で3回洗浄l〜、最後に上記エーテル浴液に無
水ll1f酸ナトリウムを添加1〜で一昼夜放置して乾
燥した。乾燥剤を分離後、エチルエーテルを留去し、θ
、NIに法面によりメタクリル酸α、α−ジメチルベン
ジル(?Jli 点: 58〜61℃10.6配置1ソ
)129gを得た、 合成例2 攪拌器、冷却器、滴下ロートを付した31の三つロフラ
スコに200m1のエチルエーテルを入れ、1−フェニ
ルエタノール129gとトリエチルアミン200m1を
加えて攪拌し、滴下ロートよりメタクリル酸クロライド
130.Fと200m1のエチルニーデルの混合浴液を
約2時間で滴下した。滴下終了後、攪拌を続けながら上
記フラスコを水浴で加熱し、反応混合物を約10時間還
流させた。 還流後、水5DOmlを加えて反応を停止し、エーテル
層をデカンテーションにより分離し、51普%の塩醒水
溶液で6回、つづいて10重量んの炭酸水素す) IJ
ウム水浴液で6回洗浄し、最後に上記エーテル浴液に無
水硫酸ナトリウムを添加して一昼夜放置して乾燥した。 乾燥剤を分離後、エチルエーテルを留去し、減圧法面に
よりメタクリル酸α−メチルベンジル(沸点:60〜6
6℃10.2noni(j’ ) 1501を得た。 合成1+It 5 メタクリルl’121−(七)置換フェニル)エチルの
合成は、合成例1〜2で示さ才lた手順と同様にして行
なった。なお、合成スギームは次の通りである。 1も (但し、ltlはアルギル基、アリール楠、アルアルキ
ル基又はハロゲン原子を表わす。)すなわち、1−(モ
ノ置換フェニル)エタノールとトリエチルアミンをエー
テル中で攪1’l’ L、それにメタクリル酸クロライ
ドな滴下して、脱堪酸反応を行なうことによりメタクリ
ル酸1−(モノ置換フェニル)エチルを得た。 合成例4 メタクリル酸1−メチA−1−(モノ置換フェニル)エ
チルの合成は合成例1〜2で示された手順と同様にして
行なった。なお、合成スキームは次の通りである。 Cト1゜ ri。 (但し、H,はアルキル基、アリール基、アルアルキル
基又はハロゲン原子を表わす。)すなわち、1−メチA
−1−(モノ置換フェニル)エタノールとトリエチルア
ミンをエーテル中で攪拌し、それにメタクリル酸クロラ
イドを1薗下して、脱塩酸反応を行なうことによりメタ
クリル酸1−メチA−1−(モノ置換フェニル)エチル
ヲ得た。 合成例5 攪拌器、還流冷却器、滴下ロートをイ・jした11の三
つロフラスコにシフTニルノ大?ノール13sy、t−
IJエチルアミン106g、乾燥エーテル240m1と
塩化第一銅2.4 gを入れ、滴下ロートからメタクリ
ル酸クロライド94.9と乾燥エーテル240meの混
合浴液を攪拌しなから約1時間で滴下した。その後3時
間加熱還流させて反応さ)にだ。上澄みの反応生成物の
エーテルM 7&を分1111fしたのち、残存する固
体中の生成物をエーテルで711jl jlb lハし
た。両エーテルMiを合わせて水30[]mlで4回洗
浄した。この洗#Ikをニーデル150m/で2回抽出
し、前者のエーテル浴液と合わせ、これを杓ひ水500
m1で1回、次いで2N−J’AA 111!l730
0yn/でろ回、史に0.7N−jg、炭酸ナトリウi
、、 600m1 テ2 回洗浄したのち、50&の無
水1pIC酸マグネシウムで一昼夜乾燥させた。この重
液からエーテルを溜去し、メタクリル酸ジフェニルメチ
ルの粗結晶を得た。これを石油エーテルより再結晶した
のち、を種度I】−ヘキサンで円結晶して翁q製メタク
リル酸ジフェニルメチル1s2y (融点ニア8〜79
℃)を得たー 合成例6 合成例1で得たメタクリル酸α、α−ジメチルペンジノ
し5gをアゾビスイソブチロニトリル004g を重合
開始剤として1.4i0Cで10時間、塊状重合させた
。尚、重合はN2ガスを封入した封管中で行なった。 得られた重合物を約20m1のトルエンに溶解しガラス
フィルターで濾過して少量の不溶物を除いたのち、約5
00mA!のメタノール中に投じ、白色粉末状の重合体
を得た。この重合体のN量平均分子量は液体クロマトグ
ラフィーにより測定した結果、ポリスチレン換算で約1
20万であった。 合成例7 合成例2で得たメタクリル酸α−メチルベンジル5gを
アゾビスイソブチロニトリル0.04.9 を重合開始
剤として、60℃で10時間、塊状重合させた。得られ
た1合物を合成例6と同様にして精製し、重量平均分子
量約150万のポリ(メタクリル酸α−メチルベンジル
)を得た。 実施例1 合成例6で得たポリ(メタクリル酸α、α−ジメチルベ
ンジル)をトルエンに溶)i’rさせ、5mfit%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1100Orpででスピンコーテ
ィング[2て、07μm厚の高分子被膜を形成させた。 これを90℃で30分間シリベークしたのち、電子線照
射装置内に入れて、真空中加速電圧20KVの電子線に
よって、場所的に照射量の異なる照射を行なった。これ
をす) IJウムメチラートの5重量%のメタノール溶
液からなる現像液あるいはメチルイソブチルケトンーイ
ソグロビルアルコール(1:3容積比)からなる現像液
に6分間浸漬したのち、メタノールあるいはイングロビ
ルアルコールでリンスし、被照射部分を溶解させて除去
した。種々の異なる照射量で1it(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
、現像後残存膜厚(規格化)を電子線照射量(クーロン
/cal )に対してブロットシ、感電子線特性を表わ
す第2図不−得た。 これより残膜率が零となる最l」・照射量を求めたとこ
ろ、前記したアルカリ現像液を用いた場合、8X10−
’クーロン/C肩でキ)す、有機現像液を用いた場合6
X10−’クーロン/′詞であり、アルカリ現像を行な
うことにより、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に比し、1桁以上の高い感度を
示すことがわかった。 次いで、アルゴンガス圧2X10−’ Torr1イオ
ンエネルギー密度0.25W/A*Iによるイオンエツ
チングを行なったところ、この重合体のイオンエツチン
グ速度は200A/分であり、ポリメタクリル酸メチル
のイオンエツチング速度の約50%であり、低かった。 シリコン酸化膜のイオンエツチング速度は約2004/
分であることから、エツチングの不均一性等を考慮して
シリコン酸化膜の2倍以十の厚さのレジスト膜を塗布す
ることにより基板のエツチングが可能である。 実施例2 合成例7で得たポリ (メタクリル酸α−メチルベンジ
ル)を6]L量%のトルエン@液とし実施例1と同様に
してシリコンウェハ」−に1μm厚の高分子被膜な形成
させた。ついで90℃で30分間、プリベークしたのち
加速電圧20KVの電子線を照射し、ナトリウムメナラ
ートの5 、iff iff%メタノール済液で現像し
た、残膜率が零となる最小照射量を求めた所5X10−
’クーロン/IIであり、コントラストを示ずガンマ値
が5と大きく、Wr像性に優れていることが確認された
1、 実施例3〜8 合成例6および7と同様にして各種組成の放射線感応性
高分子材料を合成し、実施例1および2と同様にしてト
ルエンに溶解させてレジスト浴液を作成した。これをシ
リコンウェハ上にスピンコーティングして、約1μm厚
の高分子被膜を形成させた。 次いで、加速電圧20!<Vの電子線または加速電圧1
oKVの回転水冷式銀の対陰イがからの波長4.2A
の軟X線を用いて電子線感度またはX態感度を求 めブ
こ。 それらの結果をまとめて表に示すが、いずれも放射線に
対する感応性が茜く、また解像性もすぐれており、すぐ
れたポジ形レジストの得られていることが確認された。 実施例9 実施例1と同様にして作成したシリコンウェハ上のポリ
(メタクリル酸(χ、α−ジメチルベンジル)の0.7
μ7i厚の薄膜に、場所的に照射61の異なる電子線照
射を行ない、トリエチルアミンの5重量%のメタノール
溶液からなる現像液、水酸化ナトリウムの5重置%のメ
タノール溶液からなる原像液、あるいはテトラメチルア
ンモニウムハイドロオキサイドの5皿量%水浴液からな
る現像級を用いて、被照射部分を溶解させて除去した。 実施例1と同様にして残膜率が′岑と/jる最小照射量
を求めたところ、それぞれ8X10’Ω包、 1.2X
10 ’つ祇1.2X10 ’ C,台であり、現像液
として神々のアルカリ浴液が使用できることか確認され
た。 比較例1,2 実施例と同様にして谷411!組成の放射線感応性高分
子材料(但し、本発明によるものではないもの)を合成
1〜、電子線感度を求めた。その結果を表に示したが、
本比較例におけるものはいずれも電子線に対する感応性
が悪(、実用に供し得ぬものでル)った。 以−Lの1説明に明らかなように、本発明による放射線
感応計高分子拐料を、例えば電子線レジストと1〜で半
導体素子製作用クロムマスクの製作に用いれば極めてパ
ターン精度の高いマスクを作製することができる。また
、電子線照射による重接描画やX線の一括照射により極
めてパターン精度の高いレジスト膜を形成させることが
でき、半導体工業の分野において、従来の写真食刻技術
に代って、超微細化半導体等の製造に実用できるもので
ある。以上のようにして、本発明による一分子材料は極
めて効用の大なるものである。
又はフェニル基を表わし、1(2,は氷水、アルギル基
、アリール基又はアルアルキル基ん(アルギル基にアリ
ール基が置換したもの)を表わし、1も、は水素、アル
キル基、アリール基、アルアルキル基又はハロゲン原子
を表わす。n しt重合1Wを示す数値を表わす。) あるいは C(C’I(J)几 几 (式中1もはメチル基、エチル基、n−プロピル基又は
フェニル基を表わし、凡はアルキル基、アリール基、又
はアルアルキル基を表わし、比は水素、アルキル基、ア
リール基、アルアルキル基又はハロゲン原子を表わす。 nは重合度を示す数値を表わす。) で示されるα−置換アクリル酸エステル系重合体を見い
出すに至った。 尚、前記したα−置換アクリル酸エステル系重合体は単
独重合体又は2種以上の単量体の共重合体として使用さ
れる。 更には、前記一般式で示されるα−置換アクリル酸エス
テル系重合体からなる反復単f+’LとGl。 =C基を有する付加知合性単lit体の111合により
得た反復単位を含む共11【合体もlj’t QJ線熱
感応性有機高分子材料して使用できる。 すなわち、上記のようなIIL合体は1′1王子線、X
線、イオンビーム等の高エネルギーな放射線の照射によ
って高分子鎖の切断反応を線用するほかに、分子中にカ
ルボキシル基(−C(に)II)が生成し、その結果そ
の被照射部分が”アルh IJ %液に可溶性となるこ
とから、アルカリ現像ができるポジ形放射線感応性有機
高分子((料として使用でき、分子中に芳香族環構造を
含有1〜ているために、耐ドライエツチング1/j:に
対する耐性に優れているものである。 かつ又、被照射部分のみがアルカリ現像故に可溶性とな
るために極めてii4+ l’)’I’像性のレジスト
パターンが得られ、放射線感応1/l: d)アルカリ
現1□□□を行なうことにより極めてll/I< /:
「るというl+、′f、徴を有し、ているー 例えば、ポリメタクリル酸α、α−ジメチルベンジル(
前記した一般式(2)において、R1がメチル基を、■
(,2がメチル基を、R8が水素を表わす。)を電子線
照射した場合の赤外線吸収スペクトルの変化を示すと図
のようになる。すなわち、電子線照射を行なう前のポリ
メタクリル酸α、α−ジメチルベンジルの赤外線吸収ス
ペクトルは図の1に示す通りであるが、これにt6x1
o −’ C/alr の電子線照射を行なうと、図
の2に示す如く、1729.1132.764及び70
0cm−’のポリメタクリル酸α、α−ジメチルベンジ
ルに特有の吸収が減少し、かわってポリメタクリル酸に
特有の1707.1175及び1265tyn’の吸収
が現われ、ポリマ中にカルボキシル基(−(:00H)
が生成していることが確認された。尚、図の6は別途合
成したポリメタクリル酸の赤外線吸収スペクトルであり
、参考として掲げた。電子線照射により生成したポリメ
タクリル酸はアルカリ可溶性であるために、アルカリ現
像を行なうことにより選択的に電子線照射部のみを除1
モすることができ、ポジ形のレジストパターンが得られ
る。 次に、本発明に1Mいてイφ)tj ′4−る4」本1
について説明する。 本発明において使用される放射線感応性有機高分子月利
は以下のようにして得ろことができる。 すなわち、 1?。 、1 晶1ら 1(6 (式中R,はメチル基、エチルみ、+1−プロピル基又
はフェニル基を表わし、It、は水素、アルギル基、了
り−ル基又はアルアルギルJ、l; (アルキル基にア
リール基が置換したもの)を衣わし、几。 は水素、アルキル基、アリール基、アルアルキル基又は
ハロゲン原子を表わす。士−44−合一度−郁1も 一般式[相]二 〇乱=C ■ −0 ζ 孔 (式中りはメチル基、エチル基、n−プロピル基又はフ
ェニル基を表わし、比はアルキル基、アリール基、又は
アルアルキル基を表わし、凡は水素、アルキル基、アリ
ール基、アルアルキル基又はハロゲン原子を表わす。+
−+お垂合一度−を一氷づI1値−を−表−b−すう−
) で示される単量体の一棟以上をラジカル1合又はアニオ
ン重合などによりビニル1合させるととにより得た高分
子月利、あるいは一般式(5)又は(1勺で示した単1
体の一種以1−とC1■、=C基を有する付加重合性単
量体の−fili l:J、」−とをビニル重合により
共1■合さぜた高分子H料が放射線感応性有機高分子月
利として使用される。 なお、一般式(A)又は(1勺で示17た単量体と共重
合させるCI(、=C基を有する伺加1j合性単解体に
ついて述べると、メタクリル酸アルキルエステルなどの
ように、放射線の照射によりそのポリマー中にカルボキ
シル基(−00011)が生成するものでは、前記した
一般式(A)又は(1’9で示した単量体といかなる共
重合組成でも使用され、α−メチルスチレン、イソブチ
レンなどのように放射線の照射により、そのポリマー中
にカルボキシル基が生成しないものでは、その共重合組
成は前記一般式(八又は(檜で示した単bt体より得た
重合単位10〜999モル係に対し、90〜001モル
チであることが望ましい。90モル係より多い場合には
放射線照射後の被照射部分のアルカリ可溶性が大きくな
く、その結果、放射線感応性が低くなり、実用に供し難
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、例エバ・
トルエン等の通常の有機溶媒に溶解させたものが使用
され、通常は素子基板にスピンコーティングされる。コ
ーテイング後、適当な温度条件でプリベークしたのち、
所望のパターンに放射線を照射後、被照射部分を現像液
に溶解させることによりレジストパターンが得られる。 この際、使用される現像液としては、メチルイソブチル
ケトン −イソグロビルアルコール系有機溶媒も使用で
きるが、少ない放射線照射針で、高解像性のレジスF
パターンを得るためには、アルカリ性の現像液たとえば
、ナトリウムアルコラードをアルコールに溶解させた現
像液、ピリジ/、ピペリジン、トリメチルアミン、トリ
エチルアミン、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモ
ニウムハイドロオキサイドなどの有機、無機塩基性物質
をアルコール等に溶解させた現歇液などを用いると極め
て好都合である。 以下に本発明を合成例および実施例につぎ具体的に詳細
に説明する、 合成例1 攪拌器、冷却器、21ね下口−1−を伺した31の三っ
[1フラスコに250m1!のエチルヨー−チルを入れ
、α。 α−ジメチルベンジルアルコール139.!I+ 、)
1 ) 1)エチルアミン250m1を加えてづ#押し
、7N −1” o −トよりメタクリル酸クロライド
156gとエチルエーテル200yy+l の混合浴
液を約5時間で滴下1〜だ。滴下後、IW拌を続けなが
ら上d己フラスコを水浴で加熱し、反応混介物を約5時
間還流させた。 還流後、水500Tnlを加えて反応を停止1−シ、エ
ーテル層をデカンテーションにより分離し、飽和塩化ア
ンモニウム水ta液で6回、つづいて飽和炭酸ナトリウ
ム水浴液で3回洗浄l〜、最後に上記エーテル浴液に無
水ll1f酸ナトリウムを添加1〜で一昼夜放置して乾
燥した。乾燥剤を分離後、エチルエーテルを留去し、θ
、NIに法面によりメタクリル酸α、α−ジメチルベン
ジル(?Jli 点: 58〜61℃10.6配置1ソ
)129gを得た、 合成例2 攪拌器、冷却器、滴下ロートを付した31の三つロフラ
スコに200m1のエチルエーテルを入れ、1−フェニ
ルエタノール129gとトリエチルアミン200m1を
加えて攪拌し、滴下ロートよりメタクリル酸クロライド
130.Fと200m1のエチルニーデルの混合浴液を
約2時間で滴下した。滴下終了後、攪拌を続けながら上
記フラスコを水浴で加熱し、反応混合物を約10時間還
流させた。 還流後、水5DOmlを加えて反応を停止し、エーテル
層をデカンテーションにより分離し、51普%の塩醒水
溶液で6回、つづいて10重量んの炭酸水素す) IJ
ウム水浴液で6回洗浄し、最後に上記エーテル浴液に無
水硫酸ナトリウムを添加して一昼夜放置して乾燥した。 乾燥剤を分離後、エチルエーテルを留去し、減圧法面に
よりメタクリル酸α−メチルベンジル(沸点:60〜6
6℃10.2noni(j’ ) 1501を得た。 合成1+It 5 メタクリルl’121−(七)置換フェニル)エチルの
合成は、合成例1〜2で示さ才lた手順と同様にして行
なった。なお、合成スギームは次の通りである。 1も (但し、ltlはアルギル基、アリール楠、アルアルキ
ル基又はハロゲン原子を表わす。)すなわち、1−(モ
ノ置換フェニル)エタノールとトリエチルアミンをエー
テル中で攪1’l’ L、それにメタクリル酸クロライ
ドな滴下して、脱堪酸反応を行なうことによりメタクリ
ル酸1−(モノ置換フェニル)エチルを得た。 合成例4 メタクリル酸1−メチA−1−(モノ置換フェニル)エ
チルの合成は合成例1〜2で示された手順と同様にして
行なった。なお、合成スキームは次の通りである。 Cト1゜ ri。 (但し、H,はアルキル基、アリール基、アルアルキル
基又はハロゲン原子を表わす。)すなわち、1−メチA
−1−(モノ置換フェニル)エタノールとトリエチルア
ミンをエーテル中で攪拌し、それにメタクリル酸クロラ
イドを1薗下して、脱塩酸反応を行なうことによりメタ
クリル酸1−メチA−1−(モノ置換フェニル)エチル
ヲ得た。 合成例5 攪拌器、還流冷却器、滴下ロートをイ・jした11の三
つロフラスコにシフTニルノ大?ノール13sy、t−
IJエチルアミン106g、乾燥エーテル240m1と
塩化第一銅2.4 gを入れ、滴下ロートからメタクリ
ル酸クロライド94.9と乾燥エーテル240meの混
合浴液を攪拌しなから約1時間で滴下した。その後3時
間加熱還流させて反応さ)にだ。上澄みの反応生成物の
エーテルM 7&を分1111fしたのち、残存する固
体中の生成物をエーテルで711jl jlb lハし
た。両エーテルMiを合わせて水30[]mlで4回洗
浄した。この洗#Ikをニーデル150m/で2回抽出
し、前者のエーテル浴液と合わせ、これを杓ひ水500
m1で1回、次いで2N−J’AA 111!l730
0yn/でろ回、史に0.7N−jg、炭酸ナトリウi
、、 600m1 テ2 回洗浄したのち、50&の無
水1pIC酸マグネシウムで一昼夜乾燥させた。この重
液からエーテルを溜去し、メタクリル酸ジフェニルメチ
ルの粗結晶を得た。これを石油エーテルより再結晶した
のち、を種度I】−ヘキサンで円結晶して翁q製メタク
リル酸ジフェニルメチル1s2y (融点ニア8〜79
℃)を得たー 合成例6 合成例1で得たメタクリル酸α、α−ジメチルペンジノ
し5gをアゾビスイソブチロニトリル004g を重合
開始剤として1.4i0Cで10時間、塊状重合させた
。尚、重合はN2ガスを封入した封管中で行なった。 得られた重合物を約20m1のトルエンに溶解しガラス
フィルターで濾過して少量の不溶物を除いたのち、約5
00mA!のメタノール中に投じ、白色粉末状の重合体
を得た。この重合体のN量平均分子量は液体クロマトグ
ラフィーにより測定した結果、ポリスチレン換算で約1
20万であった。 合成例7 合成例2で得たメタクリル酸α−メチルベンジル5gを
アゾビスイソブチロニトリル0.04.9 を重合開始
剤として、60℃で10時間、塊状重合させた。得られ
た1合物を合成例6と同様にして精製し、重量平均分子
量約150万のポリ(メタクリル酸α−メチルベンジル
)を得た。 実施例1 合成例6で得たポリ(メタクリル酸α、α−ジメチルベ
ンジル)をトルエンに溶)i’rさせ、5mfit%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1100Orpででスピンコーテ
ィング[2て、07μm厚の高分子被膜を形成させた。 これを90℃で30分間シリベークしたのち、電子線照
射装置内に入れて、真空中加速電圧20KVの電子線に
よって、場所的に照射量の異なる照射を行なった。これ
をす) IJウムメチラートの5重量%のメタノール溶
液からなる現像液あるいはメチルイソブチルケトンーイ
ソグロビルアルコール(1:3容積比)からなる現像液
に6分間浸漬したのち、メタノールあるいはイングロビ
ルアルコールでリンスし、被照射部分を溶解させて除去
した。種々の異なる照射量で1it(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
、現像後残存膜厚(規格化)を電子線照射量(クーロン
/cal )に対してブロットシ、感電子線特性を表わ
す第2図不−得た。 これより残膜率が零となる最l」・照射量を求めたとこ
ろ、前記したアルカリ現像液を用いた場合、8X10−
’クーロン/C肩でキ)す、有機現像液を用いた場合6
X10−’クーロン/′詞であり、アルカリ現像を行な
うことにより、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に比し、1桁以上の高い感度を
示すことがわかった。 次いで、アルゴンガス圧2X10−’ Torr1イオ
ンエネルギー密度0.25W/A*Iによるイオンエツ
チングを行なったところ、この重合体のイオンエツチン
グ速度は200A/分であり、ポリメタクリル酸メチル
のイオンエツチング速度の約50%であり、低かった。 シリコン酸化膜のイオンエツチング速度は約2004/
分であることから、エツチングの不均一性等を考慮して
シリコン酸化膜の2倍以十の厚さのレジスト膜を塗布す
ることにより基板のエツチングが可能である。 実施例2 合成例7で得たポリ (メタクリル酸α−メチルベンジ
ル)を6]L量%のトルエン@液とし実施例1と同様に
してシリコンウェハ」−に1μm厚の高分子被膜な形成
させた。ついで90℃で30分間、プリベークしたのち
加速電圧20KVの電子線を照射し、ナトリウムメナラ
ートの5 、iff iff%メタノール済液で現像し
た、残膜率が零となる最小照射量を求めた所5X10−
’クーロン/IIであり、コントラストを示ずガンマ値
が5と大きく、Wr像性に優れていることが確認された
1、 実施例3〜8 合成例6および7と同様にして各種組成の放射線感応性
高分子材料を合成し、実施例1および2と同様にしてト
ルエンに溶解させてレジスト浴液を作成した。これをシ
リコンウェハ上にスピンコーティングして、約1μm厚
の高分子被膜を形成させた。 次いで、加速電圧20!<Vの電子線または加速電圧1
oKVの回転水冷式銀の対陰イがからの波長4.2A
の軟X線を用いて電子線感度またはX態感度を求 めブ
こ。 それらの結果をまとめて表に示すが、いずれも放射線に
対する感応性が茜く、また解像性もすぐれており、すぐ
れたポジ形レジストの得られていることが確認された。 実施例9 実施例1と同様にして作成したシリコンウェハ上のポリ
(メタクリル酸(χ、α−ジメチルベンジル)の0.7
μ7i厚の薄膜に、場所的に照射61の異なる電子線照
射を行ない、トリエチルアミンの5重量%のメタノール
溶液からなる現像液、水酸化ナトリウムの5重置%のメ
タノール溶液からなる原像液、あるいはテトラメチルア
ンモニウムハイドロオキサイドの5皿量%水浴液からな
る現像級を用いて、被照射部分を溶解させて除去した。 実施例1と同様にして残膜率が′岑と/jる最小照射量
を求めたところ、それぞれ8X10’Ω包、 1.2X
10 ’つ祇1.2X10 ’ C,台であり、現像液
として神々のアルカリ浴液が使用できることか確認され
た。 比較例1,2 実施例と同様にして谷411!組成の放射線感応性高分
子材料(但し、本発明によるものではないもの)を合成
1〜、電子線感度を求めた。その結果を表に示したが、
本比較例におけるものはいずれも電子線に対する感応性
が悪(、実用に供し得ぬものでル)った。 以−Lの1説明に明らかなように、本発明による放射線
感応計高分子拐料を、例えば電子線レジストと1〜で半
導体素子製作用クロムマスクの製作に用いれば極めてパ
ターン精度の高いマスクを作製することができる。また
、電子線照射による重接描画やX線の一括照射により極
めてパターン精度の高いレジスト膜を形成させることが
でき、半導体工業の分野において、従来の写真食刻技術
に代って、超微細化半導体等の製造に実用できるもので
ある。以上のようにして、本発明による一分子材料は極
めて効用の大なるものである。
第1図はポリメタクリル酸α、α−ジメチルベンジルの
電子線照射ll1lおよび醒子線照射後の赤外線吸収ス
ペクトルと、ポリメタクリル酸の赤外応性高分子材料の
感電子線%’+4を示す図である。 1〜3:赤外純吸収スペクトル
電子線照射ll1lおよび醒子線照射後の赤外線吸収ス
ペクトルと、ポリメタクリル酸の赤外応性高分子材料の
感電子線%’+4を示す図である。 1〜3:赤外純吸収スペクトル
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 電子線、X線、イオンビーム等の高エネルギーな放
射線の照射によって分子中にカルボキシル基(−COO
H)が生成する有機高分子化合物からなることを特徴と
するポジ形レジストとなる放射線感応性有機高分子制別
。 2 有機高分子化合物が 1へ ! CHLも。 (式中1(1はメチル基、エチル基、n−プロピル基又
はフェニル基を表わし、R1は水素、アルキル基、アリ
ール基又はアルアルキル基(アルキル基にアリール基が
置換したもσ))を表わし、1へは水素、アルキル基、
アリール基、アルアルキル基又はノ・ロゲン原子を表わ
す。 nは重合度を示す数値を表わす。) ■ C(C+ L ) li、。 1(、。 (式中It、はメチル基、エチル基、[1−プロピル基
又はフェニル基を表わし、1モ、はアルキル基、アリー
ル基、又はアルアルキル基【(を表わし、■も、は水素
、アルキル基、アリール基、アルアルキル基又はハロゲ
ン原子を表わす。■は重合度を示す数値を表わす。) を有するα−IK換アクリル酸エステル系垂合体からな
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の放射線
感応性有機高分子材料。 6、 有機高分子化合物が CHR。 ts (式中1t1はメチル基、エチル基、n−プロピル基又
はフェニル基を表わし、几、は水素、アルキル基、アリ
ール基又はアルアルキル基(アルキル基にアリール基が
置換したもの)を表わし、R1は水素、アルキル基、ア
リール基、アルアルキル基又はハロゲン原子を表わす。 nは重合度を示す数値を表わす。、) あるいは 喝 C(CI 1. ) 11.。 ■tJ (式中R,はメチル基、エチル基、n−プロピル基又は
フェニル基を表わし、It、はアルキル基、アリール基
、又はアルアルキルJ、9を表わし、1%、は水素、ア
ルキル基、アリール基、アルアルキル基又はハロゲン原
子を表わす。nは重合度を示す数値を表わす。) を有するα−置換アクリル酸エステル系重合体と、Cl
−1,=C基を有する伺加111.合性単針体の重合に
より得られた反復学位を含む共重合体であることを特徴
とする特♂I・請求の範囲第1項記載の放射線感応性有
機高分子材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56167173A JPS5868743A (ja) | 1981-10-21 | 1981-10-21 | 放射線感応性有機高分子材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56167173A JPS5868743A (ja) | 1981-10-21 | 1981-10-21 | 放射線感応性有機高分子材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5868743A true JPS5868743A (ja) | 1983-04-23 |
Family
ID=15844766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56167173A Pending JPS5868743A (ja) | 1981-10-21 | 1981-10-21 | 放射線感応性有機高分子材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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