JPH0331250B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0331250B2
JPH0331250B2 JP5750683A JP5750683A JPH0331250B2 JP H0331250 B2 JPH0331250 B2 JP H0331250B2 JP 5750683 A JP5750683 A JP 5750683A JP 5750683 A JP5750683 A JP 5750683A JP H0331250 B2 JPH0331250 B2 JP H0331250B2
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JP
Japan
Prior art keywords
resist
polyvinyl alcohol
formula
film
ionizing radiation
Prior art date
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Expired
Application number
JP5750683A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS59182438A (en
Inventor
Naoya Ogata
Kohei Sanai
Chiaki Azuma
Kyoshi Oguchi
Yoichi Takahashi
Tomihiro Nakada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority to JP5750683A priority Critical patent/JPS59182438A/en
Publication of JPS59182438A publication Critical patent/JPS59182438A/en
Publication of JPH0331250B2 publication Critical patent/JPH0331250B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/038Macromolecular compounds which are rendered insoluble or differentially wettable

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、LSI、超LSI等の高密度集積回路あ
るいはそれ等の製造に用いるフオトマスクの製造
の際のリソグラフイー工程で用いられる微細パタ
ーン形成に適したレジスト材料に関し、更に詳し
くは電離放射線に対して高感度かつ高解像性であ
り硬化後には耐エツチング性に優れたレジスト膜
を与える新規なネガ型レジスト材料に関する。 周知のように、近年、半導体集積回路等の高性
能化、高集積度化への要求は一層増大している。
このためリソグラフイー技術としては、従来の紫
外線を用いたフオトリソグラフイーに代つて、よ
り波長が短かく高エネルギーである電離放射線、
すなわち電子線、軟X線、イオンビーム等を用い
るリソグラフイーにより超微細なパターン加工技
術を確立する努力が払われている。 一方、このような線源の変更による超微細リソ
グラフイー技術を可能とするためには、使用され
るレジスト材料もそれに応える特性を有するもの
でなければならない。一般に高エネルギーの電離
放射線を用いる超微細リソグラフイーに使用する
レジスト材料には次のような特性が要求される。 イ 電離放射線に対して高感度であること。 ロ 高解像性であること。 ハ 均質な薄膜の形成が可能であること。 ニ 高密度の微細パターン化に必須のドライエツ
チングを適用するため耐ドライエツチング性に
優れること。 ホ 現像性が優れること。 従来、上述した目的で用いる電離放射線感応レ
ジストとしては、数多くのものが開発されてお
り、これらは、電離放射線の照射によつて崩壊反
応を起して照射部が可溶化するポジ型と、電離放
射線の照射によつて架橋反応を起し照射部が不溶
化するネガ型とに分類される。 これらのうち、ポジ型は、一般に現像液の適性
範囲が狭く、また耐ドライエツチング性が弱いと
いう欠点を有している。これに対し、ネガ型レジ
ストは、これらの点においてポジ型よりは優れて
いるものが多い。 従来、開発されているネガ型レジストの代表的
なものとしては、ポリグリシジルメタクリレート
系、グリシジルメタクリレート−エチルアクリレ
ート共重合体系、不飽和カルボン酸−メタクリレ
ート共重合体系などがある。しかしながら、これ
らのネガ型レジストも実用上いくつかの欠点を有
し、必ずしも満足なものとはいい難い。たとえ
ば、グリシジルメタクリレート系レジストは、高
感度を有しているものの、描画パターンの縁部に
スカムが多く発生するため解像力が低下し、実用
的には2.0μm程度の解像度しか得られない。また
上記レジストはいずれも耐ドライエツチング性が
低く(ドライエツチングに際しての膜厚の減少が
大である)、高密度の微細パターン化に不可欠な
ドライエツチングプロセスの適用が困難であると
いう欠点を有している。 上述した事情に鑑み、本発明は、高感度でかつ
耐ドライエツチング性に優れ、高解像度を達成し
得る新規な型の電離放射線感応ネガ型レジストを
提供することを目的とする。 本発明者らは、上述の目的で既に一つの電離放
射線感応ネガ型レジストを開発している(昭和56
年特許願第161430号)。すなわち、このレジスト
は、一般式 (式中R0は、アルデヒド又はケトンの炭化水
素残基;R2は一部がアセチル基で置換され得る
水素原子;R3は何もないか、酢酸ビニルと共重
合可能なモノマーの重合単位;,m,kは重合
度を示す整数) にて表わされ分子量が10000〜1000000のアセター
ル化ポリビニルアルコール単独又はこれと相溶性
の他の重合体との混合物からなることを特徴とす
るものである。 本発明のレジストは、上記レジストの一種に相
当するものであり、上記式中の基R0が特定の基
である場合に著しい感度の上昇が得られるとの知
見に基づいている。すなわち、本発明の電離放射
線ネガ型レジストは、一般式 (式中、R1
The present invention relates to a resist material suitable for forming fine patterns used in a lithography process in the production of high-density integrated circuits such as LSIs and VLSIs, or photomasks used in the production thereof, and more particularly relates to resist materials that are resistant to ionizing radiation. The present invention relates to a new negative resist material that has high sensitivity and high resolution, and provides a resist film with excellent etching resistance after curing. As is well known, in recent years there has been an increasing demand for higher performance and higher integration of semiconductor integrated circuits and the like.
For this reason, lithography technology has replaced conventional photolithography using ultraviolet rays with ionizing radiation, which has a shorter wavelength and higher energy.
That is, efforts are being made to establish ultrafine pattern processing techniques using lithography using electron beams, soft X-rays, ion beams, and the like. On the other hand, in order to enable ultra-fine lithography technology by changing the radiation source, the resist material used must also have characteristics that correspond to such changes. Generally, resist materials used in ultrafine lithography using high-energy ionizing radiation are required to have the following properties. b) It must be highly sensitive to ionizing radiation. (b) Must have high resolution. C. It is possible to form a homogeneous thin film. (d) Excellent dry etching resistance because dry etching is applied, which is essential for forming fine, high-density patterns. E. Excellent developability. Conventionally, many types of ionizing radiation-sensitive resists have been developed to be used for the above-mentioned purposes. It is classified as a negative type, in which a crosslinking reaction occurs when irradiated with radiation, and the irradiated area becomes insolubilized. Among these, positive types generally have the drawbacks of a narrow range of developer suitability and weak dry etching resistance. On the other hand, many negative resists are superior to positive resists in these respects. Typical negative resists that have been developed so far include polyglycidyl methacrylate systems, glycidyl methacrylate-ethyl acrylate copolymer systems, and unsaturated carboxylic acid-methacrylate copolymer systems. However, these negative resists also have some practical drawbacks and are not necessarily satisfactory. For example, although a glycidyl methacrylate resist has high sensitivity, a large amount of scum occurs at the edges of the drawn pattern, resulting in a decrease in resolution, and in practice only a resolution of about 2.0 μm can be obtained. In addition, all of the above resists have low dry etching resistance (the film thickness decreases significantly during dry etching), and have the disadvantage that it is difficult to apply the dry etching process that is essential for creating high-density, fine patterns. ing. In view of the above-mentioned circumstances, an object of the present invention is to provide a new type of ionizing radiation-sensitive negative resist that is highly sensitive, has excellent dry etching resistance, and is capable of achieving high resolution. The present inventors have already developed one negative-tone resist sensitive to ionizing radiation for the above-mentioned purpose (Showa 56
(Patent Application No. 161430). That is, this resist has the general formula (In the formula, R 0 is a hydrocarbon residue of an aldehyde or ketone; R 2 is a hydrogen atom that can be partially substituted with an acetyl group; R 3 is nothing or a polymerized unit of a monomer copolymerizable with vinyl acetate. ;, m, k are integers indicating the degree of polymerization) and is characterized by being composed of acetalized polyvinyl alcohol having a molecular weight of 10,000 to 1,000,000 alone or in a mixture with other polymers that are compatible with it. be. The resist of the present invention corresponds to one type of the above-mentioned resist, and is based on the knowledge that when the group R 0 in the above formula is a specific group, a significant increase in sensitivity can be obtained. That is, the ionizing radiation negative resist of the present invention has the general formula (In the formula, R 1 is

【式】R2は一部がアセチル 基で置換され得る水素原子(nはメチレン鎖数を
表わす5以上の整数;,mは重合度を示す整
数)にて表わされる分子量が10000〜1000000のア
セタール化ポリビニルアルコール重合体からなる
ことを特徴とするものである。 以下、本発明を更に詳細に説明する。以下の記
載において、組成を表わす「%」および「部」は
特に断らない限り重量基準とする。 上記式で表わしたアセタール化ポリビニルアル
コール中のアセタール化部分に含まれる基R1は、
脂肪族アルデヒドとアルコールとの間で起るアセ
タール化の際にアルデヒドから誘導される炭化水
素残基として得られるものである。本発明は、こ
のR1、すなわち−(CH2)−oH(便宜的に横書きす
る)中のnの数が5以上であるときに特に電離線
重合に対する高感度のレジスト用重合体が得られ
ることの知見に基礎をおく。一般にnの増大とと
もに感度が増大することが見出されている。但
し、nが20を越えても、各分子の基R1間での疎
水結合により形成されるドメイン構造が大きくな
り過ぎて、それ以上の感度上昇は望めず、また、
アルデヒドの合成あるいはアセタール反応化性レ
ジストとしての適切な溶媒への溶解性等の観点か
らnは20程度までが適当と考えられる。 なお、本発明の範囲外であるが、直鎖アルデヒ
ドの代りに分岐鎖アルデヒドあるいは脂肪族ケト
ンを用いてアセタール化を行うことにより得られ
る分岐鎖を有するメチレン鎖をR1の代りに用い
る場合にも、炭素数の増大とともに生成するアセ
タール化ポリビニルアルコールの感度は上昇する
と考えられる。 メチレン鎖長が長くなることにより、電離放射
線重合に対するる感度が上昇する理由は必ずしも
明らかではないが、イ)分子鎖の配列の変化、
ロ)メチレン鎖が丸まつてくること(鎖が長くな
つても溶液粘度等はむしろ低下することにより裏
付けられる)、ハ)親水性のポリビニルアルコー
ル部と疎水性のメチレン鎖とでミクロドメイン構
造が形成されること、等の要因により電離放射線
照射重合の際の三次元網目構造の発達が容易とな
るためと推定される。 本発明のレジストは、アセタール化部分の基
R1が比較的長いメチレン鎖を有することを除い
て前記した昭和56年特許願第161430号で提案した
レジストと特に異なるものではない。 すなわち、上記したアセタール化ポリビニルア
ルコールは、たとえば、塩酸、硫酸等の酸あるい
はその塩を触媒として、均一系あるいは不均一系
でポリビニルアルコールをアルデヒドでアセター
ル化することにより得られる。またアセタール化
ポリビニルアルコール重合体は、ポリ酢酸ビニル
又はその部分ケン化物を出発物質として、上記と
同様な系で脱酢酸とアセタール化を並行して進め
ることにより得ることもできる。 このようにして、前記式の通りのアセタール化
ポリビニルアルコール重合体が得られる。 上記説明からも分る通り、式中のR2は、通常
はH(水素)であるが、その一部は、ポリ酢酸ビ
ニルに起因するアセチル基(CH3CO)であり得
る。また製造工程からも明らかな通り、アセター
ル化ポリビニルアルコール重合体は、通常ランダ
ム共重合体となり前記式の表現は必ずしもブロツ
ク共重合体のような結合様式を意味するものでは
ない。 アセタール化ポリビニルアルコール重合体は、
全体として、10000〜1000000分子量範囲を有す
る。望ましい感度、耐エツチング性、高解像性等
の電離放射線レジストとしての適性を与えるため
に、アセタール化部分のモル含量、すなわち/
(+m)は、20〜80%の範囲が好ましい。また
ビニルアルコール重合単位数をm1、酢酸ビニル
重合単位数をm2(m1+m2=m)としたときに、
ビニルアルコール重合単位含量、すなわちm1
(+m+n)は10〜70モル%、酢酸ビニル重合
単位含量、すなわちm2/(+m+n)は、40
モル%以下とすることが好ましい。 本発明のレジストは、上記のアセタール化ポリ
ビニルアルコール重合体単独が好ましいが、必要
に応じて、これと相溶性の良く且つ溶媒溶解性の
良い他の重合体との混合物とすることもできる。
このような重合体の例としては、ポリ酢酸ビニ
ル、ポリビニルアルコール(部分けん化ポリ酢酸
ビニル)、エチレン/酢酸ビニル共重合体および
その部分けん化物、スチレン/酢酸ビニル共重合
体等が挙げられる。混合物として用いる場合、上
記式で表わされるアセタール化ポリビニルアルコ
ール重合体は、他の重合体との合計量の50重量%
以上の割合で用いることが好ましい。 次に本発明のレジストを用いてリソグラフイー
を行う方法について説明する。 まず、本発明のレジストを、ベンゼン、キシレ
ン等の芳香族溶剤;アセトン、メチルエチルケト
ン等のケトン系溶剤;クロロホルム、エチレンク
ロライド等の塩素系溶剤;メチルセロソルブ、エ
チルセロソルブ等のセロソルブ系溶剤の単独また
は混合溶剤に溶解して、塗布に適した粘度を有す
る5〜15%程度のレジスト溶液を調製する。 次いで、このレジスト溶液を処理すべき半導体
基板もしくはマスク基板上にスピンナーコーテイ
ング法等の常法により均一に塗布し、プリベーク
処理を施して厚さ0.1〜2μm程度のレジスト膜を
形成する。プリベーク条件は使用した溶媒の種類
にもよるが、低級アルコールの場合、一般に温度
70〜90℃、時間20〜40分程度が適している。 続いて、レジスト膜の所望部分に、常法に従つ
て電子線、軟X線等の電離放射線を照射してパタ
ーン描画を行い、更に現像液で処理して未照射部
のレジスト膜を選択的に溶解除去することにより
レジストパターンを形成する。現像液としては、
上述したレジスト溶液の調製に用いたと同様な溶
剤類が好適に用いられる。 現像後のレジストパターンを有する基板には、
必要に応じて更にポストベーク処理およびスカム
除去処理を施した後、エツチングを行い、基板の
露出部にエツチングパターンを形成する。ポスト
ベーク処理は、たとえば温度120〜140℃、時間20
〜40分の条件で行い、またスカム除去処理は、た
とえば酸素プラズマを用い圧力0.9〜1Torr、出
力100Wの条件で1〜2分処理することにより行
える。 エツチングは、ウエツトエツチング、ドライエ
ツチングのいずれも適用可能であるが、高集積度
の半導体基板、マスク基板等の加工には、微細パ
ターン化に適したドライエツチングの方が適して
いる。この点、本発明で用いるアセタール化ポリ
ビニルアルコールの分子構造中にベンゼン環を導
入することにより、特に耐エツチング性の優れた
架橋レジスト膜を与えることができる。たとえ
ば、このようにして、得られた本発明のレジスト
のパターン化膜をクロムマスク基板上に形成し、
四塩化炭素等の塩素系のガスによりクロム露出部
をドライエツチングする場合、レジスト膜の膜べ
り速度は、耐ドライエツチング性が最もすぐれて
いるノボラツク系フエノール樹脂からなるフオト
レジストのそれと同等の値が得られる。 エツチング後残存するレジストパターンを剥離
等により除去すれば、リソグラフイー工程の1サ
イクルが終了する。 上述したように本発明によれば、特に高感度で
高解像力を有するとともに耐ドライエツチング性
に優れるため、微細パターン化のためにドライエ
ツチングを必須とする高集積度の半導体回路ある
いはフオトマスクの製造に好適な実用性の高い電
離放射線感応ネガ型レジストが提供される。 以下、本発明を実施例、比較例により更に具体
的に説明する。 実施例 1 重合度1500、ケン化度98のポリビニルアルコー
ル1.0g、テトラデシルアルコール8g(0.057モル)、
エタノール10ccおよび精製水1ccを50cc三角フラ
スコに加え、塩酸2滴を加えた後、撹拌しながら
40℃で30時間反応させた。 次に反応液を中和量のNaOHを含むメタノー
ル中に加え、析出したポリマーをクロロホルムと
メタノール中に加え、析出したポリマーをクロロ
ホルムとメタノールで再沈殿を繰り返して精製
し、上記式においてR1が(−CH2)−13Hに相当する
アセタール化ポリビニルアルコールを収率95%で
得た。 上記のポリマーの0.1g/10ccジクロロエタン溶
液の30℃のηSP/C(ただしηSPは比、Cは濃度
〔g/cc〕)は96cm3/gとなり約17万と推定され
る。また、アセタール化率/(+m)は約70
モル%であつた。 上記ポリマーをエチルセロソルブアセテートに
溶解し、0.2μmのフイルターで過して濃度6%
のレジスト溶液を得た。 このレジスト溶液をクロムマスク基板上にスピ
ンナーコーテイング法により塗布し、90℃で30分
間プリベークして厚さ6000Åの均一なレジスト膜
を得た。次に、このレジスト膜に、ビーム径
0.25μm、エネルギー10KeVの電子線を照射した。
露光量を変化させて照射を行つた後、メチルエチ
ルケトン60秒浸して現像し、更にイソプロピルア
ルコールに30秒浸漬してリンスしたのち残膜率を
露光量に対してプロツトして感度曲線とし、現像
後の残膜率が50%となる残膜量をもつて感度とし
た。このレジスト膜の感度は7.0×10-7クーロ
ン/cm2であつた。 更に、このレジストを用い、上記と同様にして
クロムマスク基板上に厚さ6000Åのレジスト膜を
得、これにビーム径0.5μm、加速電圧10KVの電
子線を用い、7.0×10-7クーロン/cm2の照射量で
照射してパターン描画を行つた。更にこのレジス
ト膜をメチルエチルケトンで1分間処理して現像
し、イソプロピルアルコールで30秒間洗浄してレ
ジストパターンを形成した。 次に、得られたレジストパターンを有する基板
を140℃で30分間ポストベークした後、圧力
1Torr、出力100Wの酸素プラズマにより1分間
のスカム除去処理をした。この基板を硝酸第二セ
リウムアンモニウム水溶液中に浸漬することによ
りクロム膜の露出部を40秒間エツチングした。レ
ジストパターンは、上記ウエツトエツチングに際
し基板に対して充分な密着性を示した。 エツチング後、基板を硫酸−過酸化水素混合液
よりなる剥膜液に70℃で5分間浸漬した後、レジ
ストパターンを剥膜し、各1μmのラインとスペー
スからなるクロムパターンを有するフオトマスク
を得た。 実施例 2 重合度500のポリビニルアルコールとオクチル
アルデヒドを用い実施例1と同様な方法でアセタ
ール化ポリビニルアルコールを合成した(分子量
約90000)。 得られたポリマーをエチルセロソルブアセテー
トに溶解し、0.2μmのフイルターで過して濃度
8%のレジスト溶液を得た。 このレジスト溶液を厚さ1500Åのシリコン酸化
膜を有するシリコンウエハー上に、スピンナーコ
ーテイング法により塗布し、90℃、30分間のプリ
ベーク処理を行い、厚さ5000Åの均一なレジスト
膜を形成した。次に、このレジスト膜にビーム径
0.25μm、エネルギー10KeVの電子線を5.0×10-6
クーロン/cm2で照射した後、メチルエチルケトン
でで1分間処理して現像し、イソプロピルアルコ
ールで30秒間洗浄してレジストパターンを形成し
た。 次いで実施例1と同様のポストベーク処理およ
びスカム除去処理をしたのち、40%フツ化アンモ
ニウム水溶液と48%フツ酸水溶液とを10:1の割
合で混合して得たエツチング液中に浸漬し、3分
間のエツチングを行なつた。 エツチング後、基板を酸素プラズマを用い、
5Torr、300Wの条件で処理してレジストを剥離
し、各1μmのラインとスペースからなるシリコン
酸化膜のパターンを得た。 感度比較試験例 重合度(500,1500,2000)の異なるポリビニ
ルアルコールとメチレン鎖長の異なるアルデヒド
を用いる以外は、実施例1ないし2とほぼ同様に
して、各種のアセタール化ポリビニルアルコール
を得、その感度を実施例1と同様にして測定し
た。 測定された感度を、生成ポリマーの粘度および
γ値とともに次表に示す。また、メチレン鎖長に
対する感度の変化を添付図面に示す。これらの結
果は、アセタール化部分におけるメチレン鎖長の
増大による感度の上昇が明瞭に示している。
[Formula] R 2 is an acetal with a molecular weight of 10,000 to 1,000,000, represented by a hydrogen atom that can be partially substituted with an acetyl group (n is an integer of 5 or more representing the number of methylene chains; m is an integer representing the degree of polymerization) It is characterized by being made of polyvinyl alcohol polymer. The present invention will be explained in more detail below. In the following description, "%" and "part" indicating composition are based on weight unless otherwise specified. The group R 1 contained in the acetalized moiety in the acetalized polyvinyl alcohol represented by the above formula is
It is obtained as a hydrocarbon residue derived from an aldehyde during acetalization between an aliphatic aldehyde and an alcohol. The present invention provides a resist polymer particularly highly sensitive to ionizing radiation polymerization when the number n in R 1 , that is, -(CH 2 )- o H (written horizontally for convenience) is 5 or more. It is based on knowledge of what is happening. It has been found that sensitivity generally increases with increasing n. However, even if n exceeds 20, the domain structure formed by the hydrophobic bonds between the groups R1 of each molecule becomes too large, and no further increase in sensitivity can be expected;
From the viewpoint of synthesis of aldehyde or solubility in a suitable solvent as an acetal-reactive resist, it is considered appropriate that n is up to about 20. Although it is outside the scope of the present invention, when a methylene chain having a branched chain obtained by acetalization using a branched aldehyde or an aliphatic ketone instead of a linear aldehyde is used instead of R 1 . It is also thought that the sensitivity of the acetalized polyvinyl alcohol produced increases as the number of carbon atoms increases. The reason why the sensitivity to ionizing radiation polymerization increases as the methylene chain length increases is not necessarily clear, but it can be explained by a) changes in the arrangement of the molecular chains;
b) The methylene chains become round (this is evidenced by the fact that the solution viscosity, etc., decreases even if the chains become longer), and c) the microdomain structure is formed by the hydrophilic polyvinyl alcohol moiety and the hydrophobic methylene chain. It is presumed that this is because factors such as the formation of a three-dimensional network structure during polymerization by ionizing radiation irradiation facilitate the development of a three-dimensional network structure. The resist of the present invention has a base of acetalized moieties.
This resist is not particularly different from the resist proposed in Patent Application No. 161430 of 1982, except that R 1 has a relatively long methylene chain. That is, the acetalized polyvinyl alcohol described above can be obtained, for example, by acetalizing polyvinyl alcohol with an aldehyde in a homogeneous or heterogeneous system using an acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid or a salt thereof as a catalyst. The acetalized polyvinyl alcohol polymer can also be obtained by using polyvinyl acetate or a partially saponified product thereof as a starting material and proceeding deacetic acid removal and acetalization in parallel in the same system as above. In this way, an acetalized polyvinyl alcohol polymer having the above formula is obtained. As can be seen from the above description, R 2 in the formula is usually H (hydrogen), but a portion thereof may be an acetyl group (CH 3 CO) derived from polyvinyl acetate. Further, as is clear from the manufacturing process, the acetalized polyvinyl alcohol polymer is usually a random copolymer, and the expression in the above formula does not necessarily mean a bonding mode like a block copolymer. Acetalized polyvinyl alcohol polymer is
Overall, it has a molecular weight range of 10,000 to 1,000,000. The molar content of acetalized moieties, i.e., /
(+m) preferably ranges from 20 to 80%. Also, when the number of vinyl alcohol polymerization units is m 1 and the number of vinyl acetate polymerization units is m 2 (m 1 + m 2 = m),
Vinyl alcohol polymerized unit content, i.e. m 1 /
(+m+n) is 10 to 70 mol%, and the vinyl acetate polymerization unit content, i.e. m 2 /(+m+n), is 40
It is preferable to set it to mol% or less. In the resist of the present invention, the above acetalized polyvinyl alcohol polymer is preferably used alone, but if necessary, it may be a mixture of this and other polymers having good compatibility and solvent solubility.
Examples of such polymers include polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol (partially saponified polyvinyl acetate), ethylene/vinyl acetate copolymers and partially saponified products thereof, styrene/vinyl acetate copolymers, and the like. When used as a mixture, the acetalized polyvinyl alcohol polymer represented by the above formula can be used in an amount of 50% by weight of the total amount with other polymers.
It is preferable to use the above ratio. Next, a method for performing lithography using the resist of the present invention will be described. First, the resist of the present invention is prepared using an aromatic solvent such as benzene or xylene; a ketone solvent such as acetone or methyl ethyl ketone; a chlorinated solvent such as chloroform or ethylene chloride; or a cellosolve solvent such as methyl cellosolve or ethyl cellosolve, either alone or in combination. A resist solution of about 5 to 15% having a viscosity suitable for coating is prepared by dissolving it in a solvent. Next, this resist solution is uniformly applied onto the semiconductor substrate or mask substrate to be processed by a conventional method such as a spinner coating method, and a prebaking process is performed to form a resist film with a thickness of about 0.1 to 2 μm. Prebake conditions depend on the type of solvent used, but in the case of lower alcohols, the temperature
A temperature of 70 to 90°C and a time of 20 to 40 minutes is suitable. Next, a desired part of the resist film is irradiated with ionizing radiation such as an electron beam or soft X-ray to draw a pattern according to a conventional method, and then treated with a developer to selectively remove unirradiated parts of the resist film. A resist pattern is formed by dissolving and removing the resist. As a developer,
Solvents similar to those used in preparing the resist solution described above are preferably used. On the substrate with the resist pattern after development,
After further performing post-baking treatment and scum removal treatment as necessary, etching is performed to form an etching pattern on the exposed portion of the substrate. Post-baking treatment is for example temperature 120-140℃, time 20
The scum removal treatment can be carried out for 1 to 2 minutes at a pressure of 0.9 to 1 Torr and an output of 100 W using oxygen plasma, for example. Although both wet etching and dry etching can be applied to etching, dry etching is more suitable for forming fine patterns for processing highly integrated semiconductor substrates, mask substrates, etc. In this regard, by introducing a benzene ring into the molecular structure of the acetalized polyvinyl alcohol used in the present invention, it is possible to provide a crosslinked resist film with particularly excellent etching resistance. For example, a patterned film of the resist of the present invention thus obtained is formed on a chrome mask substrate,
When dry etching exposed chromium areas with a chlorine-based gas such as carbon tetrachloride, the film deterioration rate of the resist film is equivalent to that of a photoresist made of novolac-based phenolic resin, which has the best dry etching resistance. can get. If the resist pattern remaining after etching is removed by peeling or the like, one cycle of the lithography process is completed. As described above, the present invention has particularly high sensitivity, high resolution, and excellent dry etching resistance, so it is suitable for manufacturing highly integrated semiconductor circuits or photomasks that require dry etching for fine patterning. A suitable and highly practical ionizing radiation sensitive negative resist is provided. Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. Example 1 1.0 g of polyvinyl alcohol with a degree of polymerization of 1500 and a degree of saponification of 98, 8 g of tetradecyl alcohol (0.057 mol),
Add 10 cc of ethanol and 1 cc of purified water to a 50 cc Erlenmeyer flask, add 2 drops of hydrochloric acid, and add while stirring.
The reaction was carried out at 40°C for 30 hours. Next, the reaction solution was added to methanol containing a neutralizing amount of NaOH, the precipitated polymer was added to chloroform and methanol, and the precipitated polymer was purified by repeating reprecipitation with chloroform and methanol . Acetalized polyvinyl alcohol corresponding to ( -CH2 ) -13H was obtained with a yield of 95%. The η SP /C (where η SP is the ratio and C is the concentration [g/cc]) of a 0.1 g/10 cc dichloroethane solution of the above polymer at 30° C. is 96 cm 3 /g, which is estimated to be about 170,000. Also, the acetalization rate/(+m) is approximately 70
It was in mol%. The above polymer was dissolved in ethyl cellosolve acetate and passed through a 0.2 μm filter to give a concentration of 6%.
A resist solution was obtained. This resist solution was applied onto a chrome mask substrate by a spinner coating method and prebaked at 90° C. for 30 minutes to obtain a uniform resist film with a thickness of 6000 Å. Next, the beam diameter is
An electron beam of 0.25 μm and an energy of 10 KeV was irradiated.
After irradiating with varying exposure doses, the film was developed by immersing it in methyl ethyl ketone for 60 seconds, and then rinsing by immersing it in isopropyl alcohol for 30 seconds. Sensitivity was defined as the amount of remaining film at which the remaining film rate was 50%. The sensitivity of this resist film was 7.0×10 −7 coulombs/cm 2 . Furthermore, using this resist, a resist film with a thickness of 6000 Å was obtained on a chromium mask substrate in the same manner as above, and an electron beam with a beam diameter of 0.5 μm and an acceleration voltage of 10 KV was used to coat this with 7.0 × 10 -7 coulombs/cm. A pattern was drawn by irradiating with a dose of 2 . Furthermore, this resist film was developed by processing with methyl ethyl ketone for 1 minute, and washed with isopropyl alcohol for 30 seconds to form a resist pattern. Next, the substrate with the obtained resist pattern was post-baked at 140°C for 30 minutes, and then the pressure
Scum removal treatment was performed for 1 minute using oxygen plasma at 1 Torr and 100 W output. The exposed portion of the chromium film was etched for 40 seconds by immersing this substrate in an aqueous ceric ammonium nitrate solution. The resist pattern showed sufficient adhesion to the substrate during the wet etching. After etching, the substrate was immersed in a stripping solution consisting of a sulfuric acid-hydrogen peroxide mixture at 70°C for 5 minutes, and the resist pattern was stripped off to obtain a photomask with a chrome pattern consisting of lines and spaces each 1 μm in size. . Example 2 Acetalized polyvinyl alcohol was synthesized in the same manner as in Example 1 using polyvinyl alcohol with a degree of polymerization of 500 and octyl aldehyde (molecular weight approximately 90,000). The obtained polymer was dissolved in ethyl cellosolve acetate and passed through a 0.2 μm filter to obtain a resist solution with a concentration of 8%. This resist solution was applied by spinner coating onto a silicon wafer having a silicon oxide film with a thickness of 1500 Å, and prebaked at 90° C. for 30 minutes to form a uniform resist film with a thickness of 5000 Å. Next, apply the beam diameter to this resist film.
0.25μm, energy 10KeV electron beam 5.0×10 -6
After irradiating with Coulomb/cm 2 , the resist pattern was developed by processing with methyl ethyl ketone for 1 minute, and was washed with isopropyl alcohol for 30 seconds to form a resist pattern. Next, after performing the same post-baking treatment and scum removal treatment as in Example 1, it was immersed in an etching solution obtained by mixing a 40% ammonium fluoride aqueous solution and a 48% hydrofluoric acid aqueous solution at a ratio of 10:1. Etching was performed for 3 minutes. After etching, the substrate is etched using oxygen plasma.
The resist was removed by processing under conditions of 5 Torr and 300 W, and a silicon oxide film pattern consisting of lines and spaces of 1 μm each was obtained. Sensitivity comparison test example Various acetalized polyvinyl alcohols were obtained in almost the same manner as in Examples 1 and 2, except that polyvinyl alcohols with different degrees of polymerization (500, 1500, 2000) and aldehydes with different methylene chain lengths were used. Sensitivity was measured in the same manner as in Example 1. The measured sensitivities are shown in the following table along with the viscosity and γ value of the resulting polymer. Also, the changes in sensitivity with respect to methylene chain length are shown in the attached drawings. These results clearly show an increase in sensitivity with increasing methylene chain length in the acetalization moiety.

【表】【table】

【表】【table】 【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図面は、アセタール化ポリビニルアルコールの
アセタール化部分におけるメチレン側鎖長の変化
に対する上記ポリマーの電子線重合感度の変化を
示すグラフである。
The drawing is a graph showing the change in the electron beam polymerization sensitivity of the above polymer with respect to the change in the methylene side chain length in the acetalized portion of the acetalized polyvinyl alcohol.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 一般式 (式中、R1は【式】R2は一部がアセチル 基で置換され得る水素原子(nはメチレン鎖数を
表わす5以上の数;,mは重合度を示す整数)
にて表わされ分子量が10000〜1000000のアセター
ル化ポリビニルアルコール重合体からなることを
特徴とする電離放射線感応ネガ型レジスト。
[Claims] 1. General formula (In the formula, R 1 is [Formula] R 2 is a hydrogen atom that can be partially substituted with an acetyl group (n is a number of 5 or more representing the number of methylene chains; m is an integer representing the degree of polymerization)
An ionizing radiation-sensitive negative resist characterized by comprising an acetalized polyvinyl alcohol polymer represented by the following formula and having a molecular weight of 10,000 to 1,000,000.
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