Positive-negative dual-tone sensitivities of ZEP resist

塩素系ZEPのポジ型ネガ型兼用レジストとしての感度評価

大山 智子; 中村 紘貴*; 大島 明博*; 鷲尾 方一*; 田川 精一*

Oyama, Tomoko; Nakamura, Hirotaka*; Oshima, Akihiro*; Washio, Masakazu*; Tagawa, Seiichi*

塩素系高分子ZEPは、ポリメタクリル酸メチルに比べ10-100倍の高い感度を持つ主鎖切断型の汎用電子線レジストである。しかし、高線量の電子線を照射した場合、ZEPは現像液に溶解するポジ型から、現像液に不溶化するネガ型へと変化することが分かった。100kVの電子線を用い、複数の現像液に対するZEPの溶解挙動を調べたところ、ポジ型としてパターンを掘りきるのに必要な線量は0.01-0.4mC/cmと現像液への溶解度に依存して大きく異なったが、ネガ型へと変化する閾線量(現像液に不溶化し始める線量)は、どの現像液に対しても約20mC/cmと同じ値を示した。X線光電子分光と核磁気共鳴による生成物分析から、ZEPに含まれる塩素の組成比と、主鎖切断によって生じた末端二重結合の数によって切断と架橋の効率が変化し、その結果ZEPがネガ型に反転する閾線量が決まることが明らかになった。この結果から、ZEPを照射線量の制御によって複雑な3次元形状を作製できるポジ型ネガ型兼用レジストとして使用できる可能性があることが分かった。

A chlorinated polymer ZEP is a main-chain scission type (positive-tone) high-sensitivity resist. However, we found that ZEP changes to negative-tone with a high dose of electron beam irradiation. The sensitivities to a 100 kV electron beam as a dual-tone are evaluated with various developers. Owing to different solvation strengths, the resist sensitivity varied with different developers in the positive-tone region. On the other hand, it was found that the threshold dose for the positive-negative inversion is independent of the developer. According to an analysis using X-ray photoelectron spectroscopy and NMR spectroscopy, we found that the amount of chlorine atoms and terminal double bonds generated by chain scission determines the threshold of the P-N inversion. This result provides important information for possible ZEP applications such as a dual-tone resist.