DD272141A1 - METHOD FOR PRODUCING SILICYL-CONTAINING NEGATIVE RESISTANT IMAGES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von siliciumhaltigen Negativresistbildern, die zur Erzeugung von Mikrostrukturen in Halbleitermaterialien bei der Herstellung von hochintegrierten monolithischen Schaltkreisen fuer die Mikroelektronik anwendbar sind. Das Ziel besteht darin, ein Verfahren zur Verfuegung zu stellen, das mittels eines einfach herstellbaren loesungsmittelentwickelbaren Negativresists, der sowohl fuer Einschicht- als auch fuer Mehrlagenmaskierungen geeignet ist und ein hohes Aufloesungsvermoegen im Submikrometerbereich aufweist, zu siliciumhaltigen Negativresistbildern fuehrt. Dies wird erfindungsgemaess erreicht, indem als Negativresist eine Loesung mit einem Gesamtmasseanteil von 3 bis 25% eines Gemisches aus Methylvinylcyclosiloxanen der allgemeinen Formel mit n4 bis 6 und halogensubstituierten Polyacrylaten eines Molmassebereiches Mw105 bis 106 und Mn2104 bis 2105 im Masseverhaeltnis 5:95 bis 50:50 in einem fuer Elektronenstrahlresiste gebraeuchlichen Loesungsmittel in homogener Schicht auf ein Substrat aufgebracht, bildmaessig bestrahlt, mindestens 5 Minuten bei 70 bis 190C getempert und das latente Negativresistbild in einem ketonischen Loesungsmittel entwickelt wird. FormelThe invention relates to a method for the production of silicon-containing negative resist images, which are applicable for the production of microstructures in semiconductor materials in the production of highly integrated monolithic circuits for microelectronics. The aim is to provide a process which results in silicon-containing negative resist images by means of an easily prepared solvent-developable negative resist which is suitable both for monolayer and multilayer masking and which has a high dissolving power in the sub-micron range. This is achieved according to the invention by using, as a negative resist, a solution with a total mass fraction of 3 to 25% of a mixture of methylvinylcyclosiloxanes of the general formula with n4 to 6 and halogen-substituted polyacrylates having a molecular weight range Mw105 to 106 and Mn2104 to 2105 in a mass ratio of 5:95 to 50:50 applied homogeneously to a substrate in a homogenous layer for electron beam resists, image-wise irradiated, annealed for at least 5 minutes at 70 to 190 ° C., and the latent negative resist image developed in a ketonic solvent. formula
Description
Titel der ErfindungTitle of the invention
Verfahren zur Herstellung von ailiciumhaltigen NegativreaiatbildernProcess for the preparation of ailicium Negativreaiatbildern
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von siliciumhaltigen Negativresistbildern, die zur Erzeugung von Mikrostrukturen in Halbleitermaterialien bei der Herstellung von hochintegrierten monolithischen Schaltkreisen für die Mikroelektronik anwendbar ist.The invention relates to a method for the production of silicon-containing negative resist images, which is applicable for the production of microstructures in semiconductor materials in the production of highly integrated monolithic circuits for microelectronics.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Die Erzeugung von Negativresistbildern erfolgt im allgemeinen, in'dem Negativresiste in einer oder mehreren Schichten auf ein Substrat aufgebrocht, das im Resist enthaltene Lösungsmittel abgedampft und durch bildmäßiges Bestrahlen mir energiereicher Strahlung ein latentes Reaistbild erzeugt wird, das anschließend mit Hilfe von Entwicklern - in der Regel Gemische organischer Lösungsmittel - entwickelt wird.The production of negative resist images is generally carried out in a negative resists in one or more layers on a substrate, evaporated in the resist solvent and evaporated by imagewise irradiation with high energy radiation, a latent Reaistbild is generated, which then with the help of developers - in the Usually mixtures of organic solvents - is developed.
Die bekannten lösungsmittelentwickelbaren Negativresiste bestehen in der riegel aus einem strahlenchemisch reaktiven Polymer und Lösungsmitteln. Durch die Einwirkung der energiereichen Strahlung tritt in den bestrahlten Bereichen der Resistschicht eine teilweise Vernetzung ein, so daß bei der nachfolgenden Behandlung mit einem Entwickler die unbestrahlten Bereiche schneller herauagelörjt werden als die bestrahlten und somit ein Negativbild entsteht.The known solvent-developable negative resists consist in the bars of a radiation-chemically reactive polymer and solvents. Due to the action of high-energy radiation occurs in the irradiated areas of the resist layer, a partial crosslinking, so that in the subsequent treatment with a developer, the unirradiated areas are herauagelörjt faster than the irradiated and thus produces a negative image.
Die zunehmende Miniaturisierung integrierter Schaltkreise bewirkt, daß die lateralen Abmessungen der zu erzeugenden Strukturen bei relativ unveränderter Resist9chichtdicke und steigender Topografie des Substrates schrumpfen.The increasing miniaturization of integrated circuits causes the lateral dimensions of the structures to be produced to shrink while the resist layer thickness remains relatively unchanged and the substrate topography increases.
Demzufolge wurden die Grenzen de9 Auflöaungavermögena von Einschichtayatemen erreicht. Mi.t der Einführung von Mehrachichtayatemen läßt 9ich daa Auflöaungavermögen weiter erhöhen (B. 3. Lin, Solid State Technol, (1983) 5, S. 105 - 112). Als technologiach vorteilhaft werden Zweiachichtreaiatayateme angeaehen, deren oberate atrahlungaempfindliche Schicht gebundenea Silicium enthält (M. Hatzakia et al., Proc. Microelectronica Engineering (Lauaanne), S. 386, 1981).As a result, the limits of dissolution capability of monolayerayatemes have been reached. Thus, the introduction of multi-layer ayatemases further increases the resolution capacity (B. 3. Lin, Solid State Technol, (1983) 5, pp. 105-112). As a technology advantageous Zweachichtreaiatayateme angeeaehen ereaehen whose upper radiation-sensitive layer boundea silicon (M. Hatzakia et al., Proc. Microelectronica Engineering (Lauaanne), p 386, 1981).
Biaher gelang ea noch nicht überzeugend, Reaiate mit den dafür notwendigen Eigenachaften und mit einem vertretbaren Syntheaeaufwand herzuatellen.Biaher did not convince ea to produce Reaiate with the necessary properties and a reasonable amount of synthetic effort.
In der US-PS 4 564 576 werden Negativreaiate aua Triallylailanen aowie Allylatyren hergeatellt. Nachteilig bei dieser Art von Reaiaten iat deren Syntheae, da man bei der radikaliach initiierten Polymeriaation der Mehrfunktionellen ungeaättigten Monomeren eine Vernetzung vermeiden muß und darüber hinaua die Produktaufarbeitung eine relativ aufwendige Fraktionierung erfordert, um eine auareichend enge Molekulargewichtaverteilung zu erhalten,U.S. Pat. No. 4,564,576 produces negative reactions on triallylailanes and allylatyrenes. A disadvantage of this type of reactants is their synthesis, since it is necessary to avoid crosslinking in the case of the free-radically initiated polymerization of the polyfunctional unsaturated monomers and, moreover, product workup requires a relatively complicated fractionation in order to obtain an extremely narrow molecular weight distribution.
Polymethylailoxane haben grundaätzlich Glaatemperaturen unterhalb der Raumtemperatur, und Vinylsubstitutionen mit nur 0,1 %, wie aie in der OP-PS 60-143 334 beachrieben werden, verändern die Glastemperatur nur unwesentlich. Derartig weiche Polymere ergeben z. B, nach der Entwicklung infolge der Quellung verrundete Strukturen, waa die Abbildtreue erheblich achmälert.Polymethylailoxanes generally have glass transition temperatures below room temperature, and vinyl substitutions as low as 0.1 %, as noted in OP 60-143,334, change the glass transition temperature insignificantly. Such soft polymers give z. B, after the development as a result of the swelling rounded structures, the image fidelity considerably reduced.
Die in OP-PS 60 - 254 035 beschriebener. Negativresiste atellen von der chemischen Struktur her leiterförmige Polysiloxane dar. Ihre Elek'cronenatrahlempfindlichkeiten werden bei einer Beachleunigungaapannung von 20 kV mitThose described in OP-PS 60 - 254 035. Negative resists are ladder-shaped polysiloxanes in chemical structure. Their electron beam sensitivities are associated with a 20 kV accelerated-energy path
-5 2 1 · 10 C/cm angegeben, waa rslativ unempfindlich 1st.-5 2 1 · 10 C / cm indicated, is qualitatively insensitive 1st.
In US-PS 4 507 384 werden überwiegend modifizierte phenylaubstituierte Polyailoxane eingeaetzt. Die Modifizierung atellt im weaentlichen eine Chlormethylierung dar undIn US Pat. No. 4,507,384, predominantly modified phenyl-substituted polyailoxanes are incorporated. The modification is usually chloromethylation and
schließt die Verwendung de3 kanzerogenen Chlordimethylethersexcludes the use of carcinogenic chlorodimethyl ether
- 4 ein, Bai vertretbaren Molekulargewichten, M von 10 - 10 ,4, Bai acceptable molecular weights, M 10-10,
~6 ι 2~ 6 ι 2
werden nur Empfindlichkeiten von 10~ - 10"° C/cm (Beschleunigungsspannung: 20 kV) erhalten.only sensitivities of 10 ~ - 10 "° C / cm (acceleration voltage: 20 kV) are obtained.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von 3iliciumhaltigen Negativresistbildern mittels eines lösungsmittelentwickolbaren siliciumhaltigen Negativresists zur Verfügung zu stellen, dessen Herstellung unkompliziert, der sowohl für Einschlicht- als auch für Mehrlagenmaskierungen geeignet ist und <3in hohes Auflösungsvermögen im Submikro-· meterbereich aufweist.It is the object of the invention to provide a process for the preparation of 3 silicon-containing negative resist images by means of a solvent-developable silicon-containing negative resist, its preparation uncomplicated, which is suitable both for Einschlicht- and for multi-layer masking and <3in high resolution in the submicron ,
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen lösungsmittelentwickelbaren siliciumhaltigen Negativresist zu entwickeln, der die gestellten Anforderungen erfüllt.The object of the invention is to develop a solvent-developable silicon-containing negative resist that meets the requirements.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Negativresist eine Lösung mit einem Gesamtmasseanteil von 3 bis 25 % eines Gemisches aus Methylvinylcyclosiloxanen der allgemeinen FormelThe object is achieved in that the negative resist is a solution with a total mass fraction of 3 to 25 % of a mixture of methylvinylcyclosiloxanes of the general formula
j 3j 3
Si - O-Si - O-
CH = CHCH = CH
mit η = 4 bis 6 und halogensubstituierten Polyacrylaten oder -methacrylaten eines Molmassebereiches Mw = 10b bis 10 und R = 2 · 10 bis 2 · 10 im Masseverhältnis 5 : 95 bis 50 : 50 in einem für Elektronenstrahlresiste gebräuchlichen Lösungsmittel, vorzugsweise Chlorbenzen, in homogener Schicht auf ein Substrat aufgebracht, die erzeugte Resistschicht mittels energiereicher Strahlungwith η = 4 to 6 and halogen-substituted polyacrylates or methacrylates having a molecular weight range M w = 10 b to 10 and R = 2 x 10 to 2 x 10 in a mass ratio of 5:95 to 50: 50 in a solvent commonly used for electron beam resists, preferably chlorobenzene, applied in a homogeneous layer on a substrate, the generated resist layer by means of high-energy radiation
bildmäßig bestrahlt und anschließend mindestens 5 Minuten bei einer Temperatur von 70 bis 190 0C, vorzugsweise unterhalb der Glastemperatur, getempert und danach das eingestrahlte latente Negativresistbild in einem ketonischen Lösungsmittel entwickelt wird.irradiated imagewise and then annealed for at least 5 minutes at a temperature of 70 to 190 0 C, preferably below the glass transition temperature, and then the irradiated latent negative resist image is developed in a ketonic solvent.
Der erfindungsgenäß eingesetzte lösungsmittelentwickelbare aiiiciumlibltigo ^egativresist enthält bis zu 16,3 Masse-% Silicium, ist sehr gut filmbildend und reagiert strahlenchemisch sehr empfindlich. Überraschenderweise hat sie.1 gezeigt, daß die erfindungsgemäß eingesetzten Komponenten des Negativentwicklers miteinander gut verträglich und in diesem Masseverhältnisbereich ohne Phasentrennung mischbar sind. Aufgrund dessen läßt sich der erfindungsgemäße siliciumhaltige Negativresist problemlos durch Variation des Masseverhältnisses von Methylvinylcyclosiloxan und Polyacrylat im angegebenen Bereich den jeweiligen lithografischen Anforderungen anpassen.The solvent-developable lithium-ligand-negative-type resist used according to the invention contains up to 16.3% by mass of silicon, has a very good film-forming ability and is very sensitive to radiation chemistry. Surprisingly, she has. 1 that the components of the negative developer used according to the invention are miscible with one another and are compatible in this mass ratio range without phase separation. Due to this, the silicon-containing negative resist of the present invention can be easily adjusted to the respective lithographic requirements by varying the mass ratio of methylvinylcyclosiloxane and polyacrylate in the specified range.
Weiterhin hat sich gezeigt, daß eine Temperung nach der Bestrahlung in vorteilhafter Weise die Qualität des Negativresistbildes verbessert, da sie ein lösungsmittelbedingtes Anquellen mindert. Es wird vorzugsweise unterhalb der Glastemperatur des Negativresists getempert.Furthermore, it has been found that annealing after irradiation advantageously improves the quality of the negative resist image, since it reduces solvent-induced swelling. It is preferably tempered below the glass transition temperature of the negative resist.
Die erfindungsgemäß als Ausgangsstoffe eingesetzten Methylvinylcyclosiloxane sind sowohl einzeln als auch in For.) von Gemischen einsetzbar. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxan.The methylvinylcyclosiloxanes used according to the invention as starting materials can be used both individually and in For.) Of mixtures. Particularly advantageous is the use of tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane.
Geeignet"« helogeneubstituierte Polyacrylate bzw, -methacrylate sind die Homo- und Copolymerisate aus polymerisierten Einheiten des 1-Chlor-, 2-Chlor-, 2,2,2-Trichlor- oder 1,2,2,2-Tetrachlorethylacrylates bzw. -methacrylates. Weiterhin eignen sich auch Copolymerisate aus 1-Chlor-, 2-Chlor-, 2,2,2-Trichlor- oder 1,2,2,2-Tetrachlorethylmethacrylat und bis zu 75 Masse-% der Monomeren Methylmethacrylat, Ethylaciylat, Methyl-*(-chloracrylat, Methyl-^-bromacrylat oder Vinylidenchlorid.Suitable "" halogen-substituted polyacrylates or methacrylates are the homo- and copolymers of polymerized units of the 1-chloro, 2-chloro, 2,2,2-trichloro or 1,2,2,2-tetrachloroethyl acrylate or Furthermore, copolymers of 1-chloro, 2-chloro, 2,2,2-trichloro or 1,2,2,2-tetrachloroethyl methacrylate and up to 75% by mass of the monomers methyl methacrylate, ethyl acrylate, methyl are also suitable - * (- chloroacrylate, methyl - ^ - bromoacrylate or vinylidene chloride.
Der errindungagemäße lösungamittelentwickelbare ailiciumhaltiga Negativreaiat i9t nach den bekannten Technologien zu Rosiatatrukturen verarbeitbar. Dazu werden zum Beiapiel durch Schleuderbeachichtung homogene Regiat9chichten direkt auf Srl/SiOp-Subatraten oder im Falle von Mnhrlagenmaskierungen auf anderen geeigneten Unterschichten erzeugt. Ea schließt 3ich die Bestrahlung z. B. mit Elektronen-, Röntgen-, Ionen- oder Tiof-UV-Strahlen nach einem vorgegebenen Muster an. Das eingeatrahlte Negativresistbild wird anachließend an eine Tetpperung im Bereich von 70 - 190 0C, vorzugsweise unterhalb der Glastemperatur, durch Behandlung mit einem ketonischen Löaungamittel entwickelt. Geeignete Entwickler 3ind Aceton, Methylethylketon und deren Gemische mit Isopropylalkohol in üblichen Anteilen.The crude solution-developable ailicium-containing negative reaction which is suitable for processing is processed into rosiate structures using the known technologies. For example, homogeneous spinel layers are produced directly by spin coating on Srl / SiO 2 subatrates or, in the case of minute masking, on other suitable sublayers. Ea includes the irradiation z. B. with electron, X-ray, ion or Tiof UV rays according to a predetermined pattern. The in-injected negative resist image is developed subsequent to a titration in the range 70-190 0 C, preferably below the glass transition temperature, by treatment with a ketonic Löaungamittel. Suitable developers are acetone, methyl ethyl ketone and mixtures thereof with isopropyl alcohol in conventional proportions.
Der erfindungsgemäße lösungamittelentwiukelbare s.iliciumhciltige Negativresist erreicht eine hohe Auflösung im Submikrometerbereich und zeichnet sich durch eine hervorragende Abbildtreue der eingestrahlten Strukturmus;er aus.The solvent-extractable silicon resistive negative resist according to the invention achieves a high resolution in the submicrometer range and is distinguished by an excellent image fidelity of the irradiated structure structure.
Ausführungsbeispieleembodiments
8 g Polytetrachlorethylmethacrylat und 2 g Tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxan werden gemeinsam in 32 g Chlorbenzen gelöst.8 g of polytetrachloroethyl methacrylate and 2 g of tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane are dissolved together in 32 g of chlorobenzene.
Der so erhaltene siliciumhaltige Negativresist wird auf GiO^/Si-Substrate mit 3000 U/min in Schichtdicken von 1,7 .um aufgeschleudert. Nach dem Entfernen anhaftender Lösungsmittelreste innerhalb von 30 min bei 70 C wird die Resiatschicht mit Elektronen unter einer Beschleunigungsspannung von 20 kV und einer Doaia von 8 · IG"' C/cm bestrahlt und anschließend 30 min bei- 120 0C getempert. Die Entwicklung des eingeatrahlten Resistmustere erfolgt mit einem Gemisch aua 1 Teil Methylethylketon und 0,75 Teilen Isopropanol. Die Resistschichtdicke des erzeugten Negativresistbildea beträgt 1,7 ,um,The resulting silicon-containing negative resist is spin-coated on GiO 2 / Si substrates at 3000 rpm in layer thicknesses of 1.7 μm. After removal of adhering solvent residues within 30 min at 70 C, the Resiatschicht is irradiated with electrons under an accelerating voltage of 20 kV and a Doaia of 8 · IG "'C / cm and then annealed for 30 min at 120 0 C. Die Entwicklung des The resist layer is irradiated with a mixture of 1 part of methyl ethyl ketone and 0.75 part of isopropanol.
Analog Beispiel 1 wird eine Resistschicht hergestellt mit Elektronen der Dosis 5 · 10" C/cm bestrahlt, getempert und entwicke.lt i Dia Resistschichtdicke des erzeugten Negativresistbildes beträgt 1,62 ,um»Analogously to Example 1, a resist layer is prepared with electrons of the dose 5 x 10 "C / cm irradiated, annealed and Entwicke.lt i Dia resist layer thickness of the negative resist image produced is 1.62 to»
- 5 6,5 g Polytetrachlorethylmethacrylat (M = 9 · IO ,5 6.5 g of polytetrachloroethyl methacrylate (M = 9x10,
- 5- 5
M a 1 · 10 ) und 3,5 g TetramethyltetravinylcyclotetrasiloxonM a 1 x 10) and 3.5 g of tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane
in 120 g Chlorbenzen gelöst. Die Lösung gibt beim Aufschleude >-n (3000 U/min) auf 1,5 ,um dicken Schichten aus dem Kotolack PZ 3.350 (30 min bei 250 0C getempert) Schichtdicken "von 0,43 ,um. Nach einer Temperung von 30 min bei 50 C (Masseverhältnis Polytetrachlorethylmethacrylat zu Tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxan beträgt 65 : 35) wird mit Elektronen der Dosis 3,2 · 10 C/cm bestrahlt, anschließend 30 min bei 120 0C getempert. Das nach der Entwicklung gemäß Beispiel 1 erhaltene Negativresi3tbild wird mit Sauerstoff unter den Be-dissolved in 120 g of chlorobenzene. When the film is applied, the solution gives> -n (3000 rpm) 1.5, to thick layers of the coating resist PZ 3.350 (30 min at 250 0 C tempered) layer thicknesses "of 0.43, after a tempering of 30 min at 50 C (weight ratio Polytetrachlorethylmethacrylat to tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane is 65: 35) is irradiated with electron dose 3.2 x 10 C / cm, then heated for 30 min at 120 0 C the Negativresi3tbild obtained after processing according to example 1 is mixed with oxygen. under the
2 dingungen des reaktiven Ionenätzens (13,56 Hz, 0,14 W/cm ,2 conditions of reactive ion etching (13.56 Hz, 0.14 W / cm,
3 Sauerstoffdruck: 10 Pa, Sauerstoffdurchflußrate 5 cm /min) in die darunterliegende AZ-Lackschicht hineingeätzt. Nach einer Ätzzeit von 11 Minuten betrug die Dicke der Gesamtschicht der bestrahlten Bereiche 1,78 .um«3 oxygen pressure: 10 Pa, oxygen flow rate 5 cm / min) etched into the underlying AZ lacquer layer. After an etching time of 11 minutes, the thickness of the total layer of irradiated areas was 1.78. "
Analog Beispiel 3 wird eine Resistschicht hergestellt undAnalogously to Example 3, a resist layer is prepared and
-7 2 mit Elektronen der Dosis 8 · 10 C/cm bestrahlt. Nach der Temoerung, Entwicklung und Übertragung des Negativresistbildes wie in Beispiel 3 beläuft sich die Dicke der Gesamtschicht der bestrahlten Bereiche auf 1,8 ,um,-7 2 irradiated with electrons of the dose 8 · 10 C / cm. After monitoring, development and transfer of the negative resist image as in Example 3, the thickness of the total layer of the irradiated areas is 1.8,
Analog Beispiel 3 wird ein Resistfilm hergestellt und mit Heliumionen unter einer Beschleunigungsspannung von 40 kV und einer Dosis von 2 . 10 Ionen/cm bestrahlt. Nach der Temperung, Ent/wicklung und Übertragung den Negativresistbildes wie in Beispiel 3 wird eine Dicke der Gesamtschicht von 1,76 .um erhalten.Analogously to Example 3, a resist film is prepared and coated with helium ions under an acceleration voltage of 40 kV and a dose of 2. 10 ions / cm irradiated. After annealing, developing and transferring the negative resist image as in Example 3, a total layer thickness of 1.76 μm is obtained.
Claims (5)
CH = CH,Si - ΟΙ
CH = CH,
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD30766087A DD272141A1 (en) | 1987-10-05 | 1987-10-05 | METHOD FOR PRODUCING SILICYL-CONTAINING NEGATIVE RESISTANT IMAGES |
Applications Claiming Priority (1)
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DD (1) | DD272141A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1236745A2 (en) * | 2001-03-01 | 2002-09-04 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Silicon-containing polymer, resist composition and patterning process |
-
1987
- 1987-10-05 DD DD30766087A patent/DD272141A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1236745A2 (en) * | 2001-03-01 | 2002-09-04 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Silicon-containing polymer, resist composition and patterning process |
EP1236745A3 (en) * | 2001-03-01 | 2004-03-24 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Silicon-containing polymer, resist composition and patterning process |
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Legal Events
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