JPH083627B2 - Radiation sensitive material - Google Patents

Radiation sensitive material

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JPH083627B2
JPH083627B2 JP22186386A JP22186386A JPH083627B2 JP H083627 B2 JPH083627 B2 JP H083627B2 JP 22186386 A JP22186386 A JP 22186386A JP 22186386 A JP22186386 A JP 22186386A JP H083627 B2 JPH083627 B2 JP H083627B2
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博司 岡本
隆夫 岩柳
徹一 工藤
二三夫 村井
信次 岡崎
克己 宮内
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    • 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
    • G03F7/0042Photosensitive materials with inorganic or organometallic light-sensitive compounds not otherwise provided for, e.g. inorganic resists

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、簡便にして安価な湿式塗布法によって均一
な膜を形成できる高感度の放射線感応性材料に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a highly sensitive radiation-sensitive material capable of forming a uniform film by a simple and inexpensive wet coating method.

〔従来の技術〕 従来、非晶質カルコゲナイド薄膜の感光性を用いた無
機レジスト材料においては、特開昭56−27137号に記載
のようにその薄膜形成のために蒸着やスパッタ等の真空
技術が必要であった。これらの、いわゆるドライプロセ
スは、高価な装置と煩雑な操作を必要とする上、膜形成
に時間がかかり生産性も充分でないという欠点があっ
た。これらに対して、有機高分子材料に基づく有機レジ
ストは、簡便で安価な湿式塗布法により均一で良好な塗
膜を得ることができるため、広く利用されてきた。無機
レジスト材料は、酸素プラズマに対する強い耐性、強い
光吸収性など、有機レジストにない特長を有するため、
簡便な塗布法で膜形成できる無機レジスト材料が強く望
まれていた。
[Prior Art] Conventionally, in an inorganic resist material using the photosensitivity of an amorphous chalcogenide thin film, a vacuum technique such as vapor deposition or sputtering is used for forming the thin film as described in JP-A-56-27137. Was needed. These so-called dry processes have drawbacks in that they require expensive equipment and complicated operations, and that film formation takes time and productivity is insufficient. On the other hand, organic resists based on organic polymer materials have been widely used because a uniform and good coating film can be obtained by a simple and inexpensive wet coating method. Inorganic resist materials have features that organic resists do not have, such as strong resistance to oxygen plasma and strong light absorption.
There has been a strong demand for an inorganic resist material capable of forming a film by a simple coating method.

上記の要請に応えるため、特願昭60−114081号(特開
昭61−273539号公報)記載の縮合タングステン系の無機
レジスト材料が提案されている。
In order to meet the above demands, a condensed tungsten-based inorganic resist material disclosed in Japanese Patent Application No. 60-114081 (Japanese Patent Laid-Open No. 61-273539) has been proposed.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記縮合タングステン系の無機レジスト材料は、各種
放射線に対する感度が従来の有機系レジストと比較して
やや小さいという欠点であった。
The above-mentioned condensed tungsten-based inorganic resist material has a drawback that its sensitivity to various radiations is slightly smaller than that of conventional organic resists.

本発明は、この縮合タングステン酸系無機レジストの
感度向上を目的とするものである。
The present invention aims to improve the sensitivity of this condensed tungstic acid-based inorganic resist.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、縮合タングステン酸のタングステン原子
の一部をニオブ(Nb)及び/又はチタン(Ti)によって
置換することによって達せられる。
The above object is achieved by substituting a part of the tungsten atoms of condensed tungstic acid with niobium (Nb) and / or titanium (Ti).

特願昭60−114081号(特開昭61−273539号公報)に記
載されている縮合タングステン酸は、非晶質体としての
み得られるため、構造はあきらかでない。しかし、他の
縮合酸の類推から、WX6(Xは酸素、ペロキソ基(0−
0)、あるいはOHのような陰性イオン)八面体が直接あ
るいは、水等の他分子を介して連なったネットワーク構
造をとっているものと考えられている。本発明のNb置換
体について考えると、このWX6の一部がNbX6の八面体に
置換されたものと思われる。
The condensed tungstic acid described in Japanese Patent Application No. 60-114081 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-273539) is obtained only as an amorphous substance, so the structure is not clear. However, by analogy with other condensed acids, WX 6 (X is oxygen, peroxo group (0-
0) or negative ion such as OH) is considered to have a network structure in which octahedra are connected directly or through other molecules such as water. Considering the Nb-substituted form of the present invention, it is considered that a part of this WX 6 is replaced with an NbX 6 octahedron.

本発明の縮合酸は、金属タングステン粉末(または炭
化タングステン)並びに炭化ニオブ(または金属ニオ
ブ)及び/又は炭化チタン(または金属チタン)粉末の
混合物に過酸化水素水溶液を作用させることによって得
られる。元素分析および熱分析から決められる実験式
(一般式)は、 (1-x-l)WO3・x/2Nb2O5・lTiO2・yH2O2・zH2O・mCO2 (但し、0<x+l<1,0<y1,0.16<z<4,0m
0.25の範囲)である。
The condensed acid of the present invention is obtained by reacting a metal tungsten powder (or tungsten carbide) and a mixture of niobium carbide (or niobium metal) and / or titanium carbide (or titanium metal) powder with an aqueous hydrogen peroxide solution. Elemental analysis and thermal analysis are determined from an empirical formula (general formula) is, (1-xl) WO 3 · x / 2Nb 2 O 5 · lTiO 2 · yH 2 O 2 · zH 2 O · mCO 2 ( where 0 < x + 1 <1,0 <y1,0.16 <z <4.0m
The range is 0.25).

本発明の放射線感応性材料は、上記一般式のx又はl
の一方が0のものでもよく、またx+lの値が0<x+
l0.5の範囲が特に好ましい範囲である。
The radiation-sensitive material of the present invention comprises x or l of the above general formula.
One of the values may be 0, and the value of x + 1 is 0 <x +
The range of 0.5 is a particularly preferable range.

本発明の放射線感応性材料は、水又は水と有機溶媒と
の混合溶媒に溶解して用いることができる。有機溶媒と
しては、水とほぼ均一に混合するものであればいかなる
ものでもよい。保存中の蒸発を抑えるために、室温(20
℃)での蒸気圧が100Torr以下の低蒸気圧であるものが
とくに好ましい。一例を示すならエチルセロソルブ,ブ
チルセルソルブ,ダイグライム(ビス(2−メトキシエ
チル)エーテル)、2−ブタノールなどであり、二種以
上混合して用いることができる。有機溶媒の量は少量で
も塗布性向上などの効果があるが、溶媒中10〜90Vol.%
の範囲が好ましい。
The radiation-sensitive material of the present invention can be used by dissolving it in water or a mixed solvent of water and an organic solvent. Any organic solvent may be used as long as it is almost uniformly mixed with water. To prevent evaporation during storage, room temperature (20
Those having a low vapor pressure of 100 Torr or less at (° C) are particularly preferable. As an example, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, diglyme (bis (2-methoxyethyl) ether), 2-butanol and the like can be used by mixing two or more kinds. Even if the amount of the organic solvent is small, it has the effect of improving the coating property, etc.
Is preferred.

本発明の材料の現像液としては、実施例記載の種々の
ものが用いられるが、好ましい現像液としてpH2〜5の
水溶液に酢酸塩を加えたもの、例えば硫酸水溶液に酢酸
ナトリウム又は酢酸カリウムなどの酢酸塩を加えたもの
がある。このような現像液を用いると、露光部の膜減り
が少なくなり、コントラストの高いレジストパターンを
得ることができる。
As the developing solution for the material of the present invention, various ones described in the examples can be used. As a preferable developing solution, an acetic acid salt is added to an aqueous solution of pH 2 to 5, for example, an aqueous sulfuric acid solution such as sodium acetate or potassium acetate Some have added acetate. When such a developing solution is used, the film loss in the exposed area is reduced, and a resist pattern with high contrast can be obtained.

〔作用〕[Action]

本発明のタングステンとニオブ及び/又はチタンの縮
合酸よりなる放射線感応材料は、湿式塗布により均一な
薄膜を形成できること、酸素プラズマに対する強い耐性
を有していることなどの利点においては、特願昭60−11
4081号(特開昭61−273539号公報)に記載されているタ
ングステンのみの縮合酸と同じである。本発明の材料が
タングステン単独の縮合酸より改良されたところは、ニ
オブ及び/又はチタンの添加により紫外線,電子線ある
いはX線に対する感度が高められている点にある。
The radiation-sensitive material comprising a condensed acid of tungsten and niobium and / or titanium of the present invention has advantages in that it can form a uniform thin film by wet coating and has strong resistance to oxygen plasma. 60-11
It is the same as the condensed acid containing only tungsten described in JP-A No. 4081 (JP-A-61-273539). The point that the material of the present invention is improved over the condensed acid of tungsten alone is that the sensitivity to ultraviolet rays, electron beams or X-rays is increased by the addition of niobium and / or titanium.

以上述べたように、タングステン並びにニオブ及び/
又はチタンを含む縮合酸は、湿式塗布法による均一塗膜
形成能を有する放射線感応材料を提供する。
As mentioned above, tungsten and niobium and / or
Alternatively, the condensed acid containing titanium provides a radiation-sensitive material having the ability to form a uniform coating film by a wet coating method.

さらに、本発明の材料を用いた二層レジスト法による
パタン形成方法の例を説明する。下層に有機高分子膜
を、上層に本発明の材料の塗膜を形成する。この塗膜に
リングラフィ技術を用いて所望のパタンを形成する。酸
素プラズマに対する強い耐性を有するその上層塗膜をエ
ッチマスクとして下層有機高分子膜を酸素プラズマエッ
チングして、パタンを転写することができる。
Further, an example of a pattern forming method by the two-layer resist method using the material of the present invention will be described. An organic polymer film is formed as a lower layer and a coating film of the material of the present invention is formed as an upper layer. A desired pattern is formed on this coating film by using the linography technique. The pattern can be transferred by oxygen plasma etching the lower organic polymer film using the upper coating film having strong resistance to oxygen plasma as an etch mask.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の詳細を具体的に実施例で示す。 Hereinafter, details of the present invention will be specifically shown in Examples.

実施例1. タングステン及びニオブを含む縮合酸を以下に示す方
法で合成した。金属タングステン粉末8.82gと炭化ニオ
ブ粉末1.26gを採取し、これらを混合後ビーカーに移
し、これに15%H2O2水溶液70mlを加える。発泡を伴なう
激しい反応がほぼ終息したとき30%H2O2水溶液約15mlを
加えて、室温に放置した。ほとんどすべての内容物は溶
解し、淡黄色の酸性溶液が得られる。不溶または未溶成
分を濾化によって取除き、清澄な溶液を得る。これに白
金黒付き白金網を浸漬し、未反応のH2O2を分解したのち
室温〜120℃で乾燥し、黄色・無定形の固体を得る。本
物質は、元素分析及び熱重量分析の結果、 (1-x)WO3・x/2Nb2O5・yH2O2・zH2O・mCO2 (但し、x≒0.2,0<y1,0.16<z<4,0<m0.06の
範囲である)なる実験式で示されることがわかった。こ
こで、y,z,mが一定値でなく、範囲として示されるの
は、合成過程の放置時間,乾燥条件,過剰H2O2の除去の
程度、あるいは固体を得たあとの保存雰囲気中の湿度
等、制御の難しい条件によってy,z,mが変化するためで
ある。
Example 1. A condensed acid containing tungsten and niobium was synthesized by the method shown below. 8.82 g of metallic tungsten powder and 1.26 g of niobium carbide powder are collected, mixed and transferred to a beaker, to which 70 ml of a 15% H 2 O 2 aqueous solution is added. When the vigorous reaction accompanied by foaming had almost ended, about 15 ml of 30% H 2 O 2 aqueous solution was added and left at room temperature. Almost all contents dissolve, giving a pale yellow acidic solution. Insoluble or undissolved components are removed by filtration to give a clear solution. A platinum net with platinum black is immersed in this to decompose unreacted H 2 O 2 and then dried at room temperature to 120 ° C. to obtain a yellow, amorphous solid. This material, as a result of elemental analysis and thermogravimetric analysis, (1-x) WO 3 · x / 2Nb 2 O 5 · yH 2 O 2 · zH 2 O · mCO 2 ( where, x ≒ 0.2, 0 <y1, It was found that the empirical formula is 0.16 <z <4,0 <m0.06). Here, y, z, and m are not constant values, but are shown as ranges, such as the standing time in the synthesis process, the drying conditions, the degree of removal of excess H 2 O 2 , or the storage atmosphere after obtaining the solid. This is because y, z, and m change depending on conditions such as humidity that are difficult to control.

こうして得られた、タングステンとニオブを含む縮合
酸一重量部を一重量部の水に溶かし、これにエトキシエ
タノールを加えて、感光液を作成した。この感光液を上
部に酸化膜が形成されたシリコンウエーハ上に回転塗布
し、乾燥して約0.1μmの塗布膜を形成した。続いて、
この基板を600Wのキセノン水銀灯を用いて、クロムマス
クを介してランプより35cmの距離にて1秒間露光した。
露光後pH2の硫酸水溶液で現像し、未露光部の感光膜を
溶解除去したところ、0.5μm幅のラインと0.5μm幅の
スペースの繰返しパタンが形成された。
One part by weight of the thus obtained condensed acid containing tungsten and niobium was dissolved in one part by weight of water, and ethoxyethanol was added thereto to prepare a photosensitive solution. This photosensitive solution was spin-coated on a silicon wafer having an oxide film formed thereon and dried to form a coating film of about 0.1 μm. continue,
This substrate was exposed for 1 second at a distance of 35 cm from the lamp through a chromium mask using a 600 W xenon mercury lamp.
After exposure, the film was developed with a pH 2 sulfuric acid aqueous solution and the unexposed portion of the photosensitive film was dissolved and removed. As a result, a repeating pattern of 0.5 μm wide lines and 0.5 μm wide spaces was formed.

実施例2〜5. 金属タングステン粉末と炭化ニオブ粉末の混合比を変
えて、あとは実施例1に記載したのと同じ方法によっ
て、縮合酸におけるNb:(W+Nb)モル比率の異なるニ
オブを含む縮合酸四種類を合成した。これらを第1表に
示す。これらの縮合酸を用いて、実施例1と同様の感光
液を調製し、さらに実施例1と同じ方法によって0.5μ
mの繰返しパタンを形成した。パタン形成に必要な最小
露光時間を第1表に併せて示した。
Examples 2 to 5. Condensation containing niobium having different Nb: (W + Nb) molar ratios in the condensed acid by the same method as described in Example 1 while changing the mixing ratio of the metal tungsten powder and the niobium carbide powder. Four kinds of acids were synthesized. These are shown in Table 1. A photosensitive solution similar to that in Example 1 was prepared using these condensed acids, and 0.5 μm was prepared by the same method as in Example 1.
m repeating patterns were formed. The minimum exposure time required for pattern formation is also shown in Table 1.

第1表の比較例は、金属タングステン粉末のみから実
施例1と同じ方法によって合成したタングステンのみの
縮合酸てある。この場合は0.5μmのライン/スペース
繰返しパタンを得るのには90秒の露光時間を要したのに
対し、本願の実施例1〜5のNbを含む縮合酸からなる感
光材料は0.8〜1.5秒の露光時間で充分であり、これより
Nbが果す感度向上効果は明らかである。
The comparative example in Table 1 is a condensed acid of only tungsten synthesized by the same method as in Example 1 from only metallic tungsten powder. In this case, an exposure time of 90 seconds was required to obtain a line / space repeating pattern of 0.5 μm, whereas the light-sensitive materials made of condensed acids containing Nb in Examples 1 to 5 of the present invention had 0.8 to 1.5 seconds. Exposure time is enough,
The sensitivity improving effect of Nb is clear.

なお、タングステンを含まないニオブ単独の縮合酸の
合成を試みたが、実施例1と同じ方法では得られなかっ
た。
An attempt was made to synthesize a condensed acid of niobium alone containing no tungsten, but it could not be obtained by the same method as in Example 1.

実施例6. 金属タングステン粉末8.82g、及び金属ニオブ粉末1.1
1gを採取し、あとは実施例1と同じ合成操作をして炭素
を含まない、タングステンとニオブを含む縮合酸が得ら
れた。この赤外スペクトルは、1300〜1400cm-1の炭素に
基づくバンドが存在しないのを除いては、炭素を含む実
施例1〜5の縮合酸とほとんど同じで、縮合酸の基本的
な構造は炭素の存否にかかわらないものと思われる。
Example 6. Metallic tungsten powder 8.82 g and metallic niobium powder 1.1
1 g was collected, and the same synthetic procedure as in Example 1 was performed thereafter to obtain a condensed acid containing no carbon and containing tungsten and niobium. This infrared spectrum is almost the same as the condensed acid of Examples 1 to 5 containing carbon except that the carbon-based band at 1300 to 1400 cm −1 is not present, and the basic structure of the condensed acid is carbon. It seems that it does not matter whether or not.

炭素を含まないこの縮合酸から実施例1と同じように
感光液を調製した。さらに、実施例1と同じ方法で0.5
μmのライン/スペースパターンが形成できた。パタン
形成に必要な露光時間は約1秒であったが、これは炭素
を含む実施例1の感度と同じである。
A photosensitive solution was prepared in the same manner as in Example 1 from this carbon-free condensed acid. Further, in the same manner as in Example 1, 0.5
A line / space pattern of μm could be formed. The exposure time required for patterning was about 1 second, which is the same as the sensitivity of Example 1 containing carbon.

実施例7. 炭化タングステン粉末9.40g、及び炭化ニオブ粉末1.2
6gから、実施例1と同様にタングステンとニオブを含む
縮合酸を合成した。この縮合酸においては、C:(W+N
b)のモル比が0.25であることがわかった。この塗膜を
実施例1と同様に露光,現像して良好なネガパタンを得
た。パタンを得るのに必要な露光時間は約1秒であっ
た。
Example 7. Tungsten carbide powder 9.40 g and niobium carbide powder 1.2.
A condensed acid containing tungsten and niobium was synthesized from 6 g in the same manner as in Example 1. In this condensed acid, C: (W + N
It was found that the molar ratio of b) was 0.25. This coating film was exposed and developed in the same manner as in Example 1 to obtain a good negative pattern. The exposure time required to obtain the pattern was about 1 second.

こうして得られたペルオキソを含む縮合酸2重量部を
水1重量部に溶かし感光液を作製した。この感光液を、
上部に酸化膜が形成されたシリコンウエーハ上に回転塗
布し、乾燥して約0.3μmの塗布膜を形成した。この塗
布膜を実施例1と同様の方法で、露光現像したところ、
実施例1と同様の結果を得た。
2 parts by weight of the thus-obtained condensed acid containing peroxo was dissolved in 1 part by weight of water to prepare a photosensitive solution. This photosensitive liquid
A silicon wafer having an oxide film formed thereon was spin coated and dried to form a coating film of about 0.3 μm. When this coating film was exposed and developed in the same manner as in Example 1,
The same results as in Example 1 were obtained.

実施例8. 実施例1で得た、タングステンとニオブを含む縮合酸
の塗膜を1×10-5C/cm2の照射量にて電子線(加速電圧
20kV)を照射した。照射後、水・イソプロピルアルコー
ル混合溶媒(9:1,容量比)で現像し、良好なネガパタン
を得た。
Example 8. The coating film of condensed acid containing tungsten and niobium obtained in Example 1 was irradiated with an electron beam (accelerating voltage) at an irradiation dose of 1 × 10 −5 C / cm 2.
20 kV). After irradiation, it was developed with a mixed solvent of water and isopropyl alcohol (9: 1, volume ratio) to obtain a good negative pattern.

実施例9. 実施例6で得たペルオキソを含む縮合酸の塗膜を2×
10-5C/cm2の照射量にて電子線描画し、実施例8と同様
な現像処理により、良好なネガパタンを得た。
Example 9. A coating of the condensed acid containing peroxo obtained in Example 6 with 2 ×
Electron beam drawing was carried out at an irradiation dose of 10 -5 C / cm 2 , and the same development treatment as in Example 8 was carried out to obtain a good negative pattern.

実施例10. まず第1図(a)に示すごとく、表面に段差を有する
Si基板1上に被加工膜であるAl膜2を形成した。上記段
差を平坦化するための下層の有機高分子膜層3は、遠紫
外線レジストポリメチルメタクリレート(デュポン社
製,商品名エルバサイト2041)を回転塗布し、160℃に
おいて30分間加熱することにより形成した。一方、実施
例1と同様にして得た、タングステンとニオブを含む縮
合酸2重量部を水1重量部に溶かした溶液を回転塗布
し、厚さ0.1μmの縮合酸塗膜からなるレジスト上層4
を形成した。しかる後、この基板を600WのXe−Hgランプ
を用いて、波長280〜330nmの光を通すフィルタとクロム
マスクを介して、ランプより50cmの距離にて、1秒間露
光した。露光後、pH2の希硫酸からなる現像液で現像
し、未露光部の感光膜を溶解除去し、第1図(b)に示
す所望のレジストパタン4′を形成した。その後、レジ
ストパタン4′を露光マスクとして、下層ポリメチルメ
タクリレートを、波長200〜300nmの光を用いて露光し
た。露光後、ポリメチルメタクリレート層をクロロベン
ゼンで現像することにより、第1図(c)に示すごと
く、寸法精度の高い良好な形状のパタン3′,4′を形成
させることができた。
Embodiment 10. First, as shown in FIG. 1 (a), there is a step on the surface.
An Al film 2 as a film to be processed was formed on the Si substrate 1. The lower organic polymer film layer 3 for flattening the step is formed by spin-coating a deep-ultraviolet resist polymethylmethacrylate (manufactured by DuPont, trade name Elvasite 2041) and heating at 160 ° C. for 30 minutes. did. On the other hand, a solution obtained by dissolving 2 parts by weight of a condensed acid containing tungsten and niobium in 1 part by weight of water, obtained in the same manner as in Example 1, was spin-coated to form a resist upper layer 4 composed of a condensed acid coating film having a thickness of 0.1 μm.
Was formed. Thereafter, this substrate was exposed for 1 second at a distance of 50 cm from the lamp using a 600 W Xe-Hg lamp, a filter that passed light having a wavelength of 280 to 330 nm and a chrome mask. After the exposure, the photosensitive film in the unexposed area was dissolved and removed by developing with a developing solution containing dilute sulfuric acid having a pH of 2 to form a desired resist pattern 4'shown in FIG. 1 (b). Then, using the resist pattern 4'as an exposure mask, the lower layer polymethylmethacrylate was exposed with light having a wavelength of 200 to 300 nm. After the exposure, the polymethylmethacrylate layer was developed with chlorobenzene, and as shown in FIG. 1 (c), patterns 3'and 4'having a good dimensional accuracy and good shape could be formed.

実施例11. 実施例10のポリメチルメタクリレートの代りに、有機
高分子膜3として、ノボラック樹脂−ジアゾナフトキノ
ン系レジスト(商品名AZ1350J)を用い、これを回転塗
布し、200℃において1時間熱して下層を形成した。一
方、実施例7で得たタングステンとニオブを含む縮合酸
2重量部を水1重量部に溶かした溶液にエチルセルソロ
ブを加えて回転塗布し、厚さ0.1μmの縮合酸塗膜から
なる上層レジスト4を形成した。これに実施例10と同様
に方法で、第1図(b)に示すパタン4′をエッチマス
クとして、下層ノボラック樹脂膜を、酸素ガスを用いた
反応性スパッタエッチングによって除去した。その結
果、第1図(c)に示すごとく、寸法精度の高い良好な
形状のパタン3′,4′を形成させることができた。
Example 11. Instead of the polymethylmethacrylate of Example 10, a novolac resin-diazonaphthoquinone-based resist (trade name AZ1350J) was used as the organic polymer film 3, spin-coated, and heated at 200 ° C. for 1 hour. A lower layer was formed. On the other hand, 2 parts by weight of the condensed acid containing tungsten and niobium obtained in Example 7 was dissolved in 1 part by weight of water, and ethyl cellosolve was added thereto and spin-coated to form an upper layer resist 4 consisting of a condensed acid coating film of 0.1 μm in thickness. Was formed. Then, in the same manner as in Example 10, the lower novolac resin film was removed by reactive sputter etching using oxygen gas, using the pattern 4'shown in FIG. 1 (b) as an etch mask. As a result, as shown in FIG. 1 (c), it was possible to form patterns 3'and 4'having a good shape with high dimensional accuracy.

実施例12. 半導体素子用シリコンウエーハ配線材アルミニウムを
蒸着したものを準備する。実施例1で得られたタングス
テンとニオブを含む縮合酸水溶液を前記基板ウエーハに
回転塗布する。X線マスクを介してX線露光を行う。X
熱源はモリブデンターゲットの回転対陰極型のもので、
電子加速電圧20kVで管電流500mAである。X線照射量は1
00mJ/cm2にて露光した。次に、現像液に水/イソプロピ
ルアルコール=1/3を用いて30秒間の現像を行い、レジ
ストパターンを形成した。この後、100℃,20分のポスト
ベークを経て、アルミニウムの反応性イオンエッチング
を行った。エッチングガスはBCl3を用い、印加電圧500W
である。次に、レジストを水洗除去してアルミニウム配
線パターンを得た。
Example 12. Silicon wafer for semiconductor device Wiring material Prepared by vapor deposition of aluminum. The condensed acid aqueous solution containing tungsten and niobium obtained in Example 1 is spin-coated on the substrate wafer. X-ray exposure is performed through the X-ray mask. X
The heat source is a rotating anticathode type of molybdenum target,
Electron acceleration voltage is 20kV and tube current is 500mA. X-ray dose is 1
It was exposed at 00 mJ / cm 2 . Next, water / isopropyl alcohol = 1/3 was used for the developing solution, and development was performed for 30 seconds to form a resist pattern. Then, reactive ion etching of aluminum was performed after post-baking at 100 ° C. for 20 minutes. BCl 3 is used as the etching gas, and the applied voltage is 500 W
Is. Next, the resist was washed away with water to obtain an aluminum wiring pattern.

実施例によれば、X線露光により、実用的な感度で、
縮合酸レジストの微細パターンを形成することができ、
これをマスクにして高精度にアルミニウム配線加工を行
うことができる。
According to the embodiment, with X-ray exposure, with practical sensitivity,
A fine pattern of condensed acid resist can be formed,
Using this as a mask, aluminum wiring can be processed with high precision.

実施例13. 半導体素子絶縁材料としてPSG(リンを含むシリコン
ガラス)膜を被着したシリコンウエーハにホトレジスト
AZ1350Jを2μmの厚さに塗布し、200℃,30分のベーク
を行う。次に実施例1で得られた縮合酸水溶液を回転塗
布する。以下、実施例12に記述した方法によりX線露
光、および、現像を行い、縮合酸レジストのパターンを
形成する。次に、レジスト膜をマスクにして、下層のAZ
1350Jを酸素のRIE(反応性イオンエッチング)によりエ
ッチングする。次に、前記AZ1350Jをマスクにして、下
層のPSGをRIEでエッチング加工する。エッチング反応ガ
スはCHF3+O2(4%)を用い、印加電力500Wで行った。
縮合酸膜を水洗除去した後、AZ1350Jを酸素プラズマ灰
化により除去する。
Example 13. Photoresist on a silicon wafer coated with PSG (silicon glass containing phosphorus) film as a semiconductor element insulating material
AZ1350J is applied to a thickness of 2 μm and baked at 200 ° C. for 30 minutes. Next, the condensed acid aqueous solution obtained in Example 1 is spin-coated. Then, X-ray exposure and development are performed by the method described in Example 12 to form a condensed acid resist pattern. Next, using the resist film as a mask, the underlying AZ
1350J is etched by oxygen RIE (Reactive Ion Etching). Next, using the AZ1350J as a mask, the PSG in the lower layer is etched by RIE. The etching reaction gas was CHF 3 + O 2 (4%), and the applied power was 500 W.
After removing the condensed acid film by washing with water, AZ1350J is removed by oxygen plasma ashing.

本実施例によれば、縮合酸レジストのX線露光に対す
る高解像性と優れた耐酸素イオンエッチング性によって
精度の非常の良い2層レジスト方法を提供することがで
きる。
According to this example, it is possible to provide a highly accurate two-layer resist method due to the high resolution of the condensed acid resist against X-ray exposure and the excellent resistance to oxygen ion etching.

実施例14. 9.93gの金属タングステン粉末(平均粒径1μm)と
炭化チタン粉末(平均粒径1μm)の混合物に70mlの15
%H2O2水溶液を加え、強い酸性を呈する溶液とする。こ
れに白金黒付き白金網を浸漬し、過剰なH2O2を分解除去
したのち、乾燥させると、赤褐色,無定形(非晶質)の
固体が得られる。本物質がタングステンとチタンを金属
元素成分とするペルオキソ縮合酸でTi:(Ti+W)のモ
ル比は0.1であった。その赤外スペクトルには、水分子
に由来る吸収帯のほか、波数1340cm-1,970cm-1,880cm-1
及び550cm-1に特徴的な吸収帯が認められた。この固体
を加熱分解すると、酸素を放出するのでペルオキソ基を
含むことがわかった。なお、この固体の水溶液のラマン
スペクトルには、波数965cm-1,880cm-1,610cm-1及び560
cm-1に特徴的な散乱信号が観測された。
Example 14. 70 ml of 15 in a mixture of 9.93 g of metallic tungsten powder (average particle size 1 μm) and titanium carbide powder (average particle size 1 μm).
% H 2 O 2 aqueous solution to add strong acidity. A platinum net with platinum black is immersed in this to decompose and remove excess H 2 O 2 and then dried to obtain a reddish brown, amorphous (amorphous) solid. The substance was a peroxo-condensed acid containing tungsten and titanium as metal element components, and the molar ratio of Ti: (Ti + W) was 0.1. In the infrared spectrum, in addition to the absorption band derived from water molecules, the wave number is 1340 cm -1 , 970 cm -1 , 880 cm -1
And a characteristic absorption band was observed at 550 cm -1 . When this solid was decomposed by heating, oxygen was released, and it was found that the solid contains a peroxo group. The Raman spectrum of the aqueous solution of this solid has a wave number of 965 cm -1 , 880 cm -1 , 610 cm -1 and 560 cm -1.
A characteristic scattering signal was observed at cm -1 .

こうして得られたタングステン及びチタンを金属元素
成分とするペルオキシ縮合酸1重量部を水3重量部に溶
かし感光液を作成した。この感光液を上部に酸化膜が形
成されたシリコンウエーハ上に回転塗布し、乾燥して約
0.1μmの塗布膜を形成した。続いて、この基板を600W
のキセノン−水銀灯を用いて、クロムマスクを介してラ
ンプより35cmの距離にて5秒間露光した。露光後、pH2
の硫酸水溶液で現像し、未露光部の感光膜を溶解除去し
たところ、0.5μm幅のラインと0.5μm幅のスペースの
繰り返しパタンが形成された。
A photosensitive solution was prepared by dissolving 1 part by weight of a peroxy-condensed acid containing the thus obtained tungsten and titanium as metal element components in 3 parts by weight of water. This photosensitive solution is spin-coated on a silicon wafer with an oxide film formed on top, dried and
A 0.1 μm coating film was formed. Then, this board 600W
Was exposed for 5 seconds through a chromium mask at a distance of 35 cm from the lamp using a xenon-mercury lamp. PH2 after exposure
When the unexposed portion of the photosensitive film was dissolved and removed by developing with an aqueous solution of sulfuric acid, a repeating pattern of 0.5 μm wide lines and 0.5 μm wide spaces was formed.

実施例15. 実施例14と同じ方法で得たタングステンとチタンを金
属元素成分とするペルオキソ縮合酸の塗膜に20μc/cm2
の強度の電子線(加速電圧30kV)を照射した。これをpH
2の硫酸水溶液で現像し、良好なネガパタンを得た。
Example 15. A coating film of peroxo-condensed acid containing tungsten and titanium as metal element components, which was obtained by the same method as in Example 14, was applied at 20 μc / cm 2.
The electron beam (accelerating voltage 30 kV) with the intensity of was irradiated. This is pH
Development was carried out with an aqueous solution of sulfuric acid of 2 to obtain a good negative pattern.

実施例16. 実施例14と同じ方法で得たタングステンとチタンを金
属元素成分とするペルオキソ縮合酸の塗膜に180mJ/cm2
のX線(MoL線)を照射した。これをpH2の硫酸水溶液で
現像し、良好なネガパタンを得た。
Example 16. 180 mJ / cm 2 was applied to a coating film of a peroxo-condensed acid containing tungsten and titanium as metal element components, which was obtained in the same manner as in Example 14.
Was irradiated with X-rays (MoL rays). This was developed with a sulfuric acid aqueous solution having a pH of 2 to obtain a good negative pattern.

実施例17〜19. 金属タングステン粉末と炭化チタンの配合比率を変え
て(ただし、両者の合計モル数は0.06モルとして)、あ
とは実施例14と同じ方法によって、Ti:(W+Ti)モル
比が0.05(実施例17)、0.2(実施例18)、および0.3
(実施例19)であるタングステンとチタンを金属元素成
分とする縮合酸を得た。
Examples 17 to 19. By changing the compounding ratio of the metal tungsten powder and the titanium carbide (provided that the total mole number of both is 0.06 moles), the Ti: (W + Ti) mole ratio is changed by the same method as in Example 14. 0.05 (Example 17), 0.2 (Example 18), and 0.3
A condensed acid containing tungsten and titanium as metal element components was obtained (Example 19).

これらの塗膜を実施例14と同じ方法で作成した。これ
を、600Wのキセノン−水銀灯により35cmの距離にて露光
し、pH2の現像液で現像して良好なネガパタンを得た。
ネガパタンが得られるための必要最小露光時間は次のご
とくであった。
These coating films were prepared in the same manner as in Example 14. This was exposed with a 600 W xenon-mercury lamp at a distance of 35 cm and developed with a pH 2 developer to obtain a good negative pattern.
The minimum exposure time required to obtain a negative pattern was as follows.

第2表において、比較例はTiを含まない、タングステ
ンのみを金属元素成分とするペルオキソ縮合酸である。
この結果から、チタンを含有する効果はあきらかであ
る。
In Table 2, Comparative Examples are peroxo-condensed acids containing no Ti and having only tungsten as the metal element component.
From this result, the effect of containing titanium is clear.

実施例20. 金属タングステン粉末9.93gと金属チタン粉末(粒径
1.0μm)0.287gの混合物を70mlの15%H2O2水溶液に溶
解し、あとは実施例14と同じ方法で、赤褐色の非晶質の
固体を得た。この物質の赤外スペクトルは、波数1340cm
-1のバンドがない以外は実施例14の固体のスペクトルと
一致していた。それ故、この物質はタングステンとチタ
ンを金属元素成分とするペルオキソ縮合酸で、ヘテロ原
子の炭素を含まないものである。
Example 20. 9.93 g of metallic tungsten powder and metallic titanium powder (particle size
(1.0 μm) 0.287 g of the mixture was dissolved in 70 ml of 15% H 2 O 2 aqueous solution, and then a reddish brown amorphous solid was obtained in the same manner as in Example 14. The infrared spectrum of this material is 1340 cm
It was in agreement with the spectrum of the solid of Example 14 except that there was no -1 band. Therefore, this substance is a peroxo-condensed acid containing tungsten and titanium as metal element components and does not contain carbon as a hetero atom.

この物質の塗膜を実施例14と同じ方法で作成し、同じ
ように露光・現像して良好なネガパタンを得た。パタン
が得られるための必要最小露光時間は6秒であった。従
って、ヘテロ原子の炭素を含まないタングステンとチタ
ンを金属元素成分とするペルオキソ縮合酸も炭素を含む
ものと同様な感光性を示すことは明らかである。
A coating film of this substance was prepared in the same manner as in Example 14, and exposed and developed in the same manner to obtain a good negative pattern. The required minimum exposure time for obtaining the pattern was 6 seconds. Therefore, it is clear that the peroxo-condensed acid containing the heteroatom carbon-free tungsten and titanium as the metal element components exhibits the same photosensitivity as that containing carbon.

実施例21. 実施例14と同じ方法によって、シリコン基板上に形成
したポリイミド系高分子樹脂((株)日立化成,商品名
PIQ)膜(1.5μm厚)の上層に、タングステンとチタン
を金属元素成分とするペルオキソ縮合酸の感光膜を形成
した。これを実施例14と同じ方法で露光・現像し、下層
樹脂膜上に0.5μm間隔の無機レジストパタンを形成し
た。続いて、100W,酸素圧力10-3Torrの条件で酸素イオ
ンエッチングを1時間行なったところ、上層無機レジス
トパタンが下層樹脂に転写され、0.5μm間隔のPIQパタ
ンが得られた。
Example 21. Polyimide-based polymer resin formed on a silicon substrate by the same method as in Example 14 (Hitachi Chemical Co., Ltd., trade name)
A photosensitive film of peroxo-condensed acid containing tungsten and titanium as metal element components was formed on the upper layer of the (PIQ) film (1.5 μm thick). This was exposed and developed in the same manner as in Example 14 to form an inorganic resist pattern at 0.5 μm intervals on the lower resin film. Subsequently, when oxygen ion etching was performed for 1 hour under the conditions of 100 W and oxygen pressure of 10 −3 Torr, the upper layer inorganic resist pattern was transferred to the lower layer resin, and PIQ patterns at 0.5 μm intervals were obtained.

実施例22. 実施例14のペルオキソ縮合酸の合成工程において金属
タングステン粉末9.9gと炭化ニオブ粉末0.63gおよび炭
化チタン粉末0.36gを14%H2O2,70ml中に溶解することに
よりタングステン,ニオブ、及びチタンを金属元素成分
として含むペルオキソ縮合酸を合成した。金属元素中の
ニオブ及びチタンのモル比はそれぞれ0.1であった。こ
うして得られたペルオキソ縮合酸1重量部を水3重量部
に溶解して感光性組成物とした。これをシリコンウエー
ハ上にスピン塗布し、膜厚0.1μmの塗布膜を作成し、
実施例14を同様の方法により5秒間露光し、現像した結
果、実施例14と同様の微細パターンが得られた。
Example 22. Tungsten and niobium were obtained by dissolving 9.9 g of metal tungsten powder, 0.63 g of niobium carbide powder and 0.36 g of titanium carbide powder in 70 ml of 14% H 2 O 2 in the step of synthesizing the peroxo-condensed acid of Example 14. , And a peroxo-condensed acid containing titanium as a metal element component were synthesized. The molar ratios of niobium and titanium in the metal element were each 0.1. 1 part by weight of the thus obtained peroxo-condensed acid was dissolved in 3 parts by weight of water to obtain a photosensitive composition. This is spin coated on a silicon wafer to form a coating film with a thickness of 0.1 μm,
Example 14 was exposed for 5 seconds by the same method and developed, and as a result, the same fine pattern as in Example 14 was obtained.

実施例23. 実施例14記載の感光膜を、つぎの現像液によって現像
した。1中に0.49gのH2SO4を含むpH2の硫酸水溶液
(A)と、1中に12gの酢酸と15gの酢酸ナトリウムを
含む水溶液(B)の混合液を用い、上記露光試料を浸漬
し、未露光部を溶解してレジストパターンを作成した。
AとBを種々の容量比で混合した現像液を用いた際のレ
ジストパターンの残膜率(現像前の膜厚に対する現像後
の膜厚の比率)と、基板からのレジストパターン立ち上
がり、角度の変化を第3表に示した。
Example 23. The photosensitive film described in Example 14 was developed with the following developer. The above exposed sample was immersed by using a mixed solution of a sulfuric acid aqueous solution (A) having a pH of 2 containing 0.49 g of H 2 SO 4 in 1 and an aqueous solution containing 12 g of acetic acid and 15 g of sodium acetate in 1 (B). Then, the unexposed portion was dissolved to form a resist pattern.
The residual film ratio of the resist pattern (the ratio of the film thickness after development to the film thickness before development) when using a developing solution in which A and B were mixed at various volume ratios, the rise of the resist pattern from the substrate, and the angle The changes are shown in Table 3.

上表より、現像液中に酢酸ナトリウムを加えたことに
よる、レジストパターンのコントラスト向上の効果は明
らかである。
From the above table, the effect of improving the contrast of the resist pattern by adding sodium acetate to the developing solution is clear.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳述したように、本発明によれば、簡便にして安
価な湿式塗布法で、高感度の無機レジスト薄膜を形成す
ることができ、その工業的価値は高い。
As described above in detail, according to the present invention, a highly sensitive inorganic resist thin film can be formed by a simple and inexpensive wet coating method, and its industrial value is high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による二層レジスト法のプロセスを説明
するための工程図である。 1……Si基板、2……Al膜、3……有機高分子膜下層、
3′……下層パタン、4……縮合酸塗膜上層、4′……
上層パタン。
FIG. 1 is a process chart for explaining the process of the two-layer resist method according to the present invention. 1 ... Si substrate, 2 ... Al film, 3 ... lower layer of organic polymer film,
3 '... Lower layer pattern, 4 ... Condensed acid coating upper layer, 4' ...
Upper pattern.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 工藤 徹一 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 村井 二三夫 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 岡崎 信次 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 宮内 克己 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−273539(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tetsuichi Kudo 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji, Tokyo Inside Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Fumio Murai 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji, Tokyo Hitachi Ltd. (72) Inventor Shinji Okazaki, 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji, Tokyo, Hitachi, Ltd. Central Research Institute, Ltd. (72) In Katsumi Miyauchi, 1-280, Higashi Koigakubo, Kokubunji, Tokyo Hitachi Research Institute, Ltd. In-house (56) Reference JP-A-61-273539 (JP, A)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】タングステン並びにニオブ及びチタンの少
なくとも一種を含む縮合酸よりなることを特徴とする放
射線感応性材料。
1. A radiation sensitive material comprising a condensed acid containing tungsten and at least one of niobium and titanium.
【請求項2】上記縮合酸は一般式 (ただし、x,y,z,l及びmは、それぞれ0<x+l<1,0
<y1,0.16<z<4,0m0.25の範囲の値である)
で表わされるペルオキソ縮合酸であ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材料。
2. The condensed acid has the general formula (However, x, y, z, l and m are respectively 0 <x + 1 <1,0
<Y1,0.16 <z <4.0m is a value in the range of 0.25)
The radiation-sensitive material according to claim 1, which is a peroxo-condensed acid represented by:
【請求項3】上記一般式のx+lの値が0<x+l0.
5の範囲である特許請求の範囲第2項記載の放射線感応
性材料。
3. The value of x + l in the above general formula is 0 <x + l0.
The radiation-sensitive material according to claim 2, which has a range of 5.
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