Ion beam-induced positive imaging of polyimide via two step imidization

イオンビームによるスルホン含有ポリイミド前駆体膜のパターン形成

前川 康成; 鈴木 康之; 吉田 勝; 前山 勝也*; 米澤 宣行*

Maekawa, Yasunari; Suzuki, Yasuyuki; Yoshida, Masaru; Maeyama, Katsuya*; Yonezawa, Noriyuki*

重イオンビームの利用により、電子デバイスに使用可能なポリイミドからなるイオン穿孔膜作製を試みた。ポリイミド膜は耐熱性,耐薬品性が低い前駆体であるポリアミド酸膜の熱硬化により得られる。そこで、このポリアミド酸のイミド化率を熱硬化温度によって制御することで、イオンビーム及びエッチングによるパターン形成能の向上を試みた。Kaptonの前駆体膜を用いた場合、イオンビームによるダメージが小さいため、円柱状の貫通孔を形成するのに充分なコントラストが得られなかった。そこで、放射線に対して高い感度を示すスルホニル基を有するポリイミドを合成して、イオン穿孔膜作製を試みた。主鎖にスルホニル基のみを有する場合、ポジ型パターンは得られないのに対し、スルホニル基とメチレン基を含むイミド化率6889%膜で直径0.3mのポジ型のホールパターンが観察された。この結果から、ポジ型パターン形成のためには、主鎖にスルホニル基とメチレン基の両方が必要であることが明らかとなった。スルホニル基は開裂によるラジカル対生成に、メチレン基はポリマー主鎖の連鎖的開裂に必要なラジカル源として作用していると考えられる。

The preparation of ion track membranes of thermally stable polyimide films has been performed by ion beam irradiation of partially imidized polyamic acid (PAA) films followed by alkaline etching and final imidization. No discernible positive hole patterns were observed on the irradiated films of partially imidized PAA containing sulfonyl linkages, although sulfonyl group is known to be highly sensitive to ion beams. In contrast, positive hole patterns appeared on the irradiated films of the partially imidized PAA with 68-89% imidization degrees that contains sulfonyl linkages along with a methylene group in the main chain. The most contrasty hole patterns with 0.3 m diameter were observed on the irradiated PAA films of 89% imidization degree. The irradiated PAA film with the hole patterns was then transformed to the corresponding polyimide film with curing at 350C for 1 h. From the structural comparison of the polyimides, the possible mechanism for the hole pattern formation is suggested.