JPS63100448A - 放射線感応性材料 - Google Patents

放射線感応性材料

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JPS63100448A
JPS63100448A JP22186386A JP22186386A JPS63100448A JP S63100448 A JPS63100448 A JP S63100448A JP 22186386 A JP22186386 A JP 22186386A JP 22186386 A JP22186386 A JP 22186386A JP S63100448 A JPS63100448 A JP S63100448A
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晃 石川
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Takao Iwayagi
岩柳 隆夫
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徹一 工藤
Fumio Murai
二三夫 村井
Shinji Okazaki
信次 岡崎
Katsumi Miyauchi
宮内 克己
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    • G03F7/0042Photosensitive materials with inorganic or organometallic light-sensitive compounds not otherwise provided for, e.g. inorganic resists

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。
〔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、筒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1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。
上記の要請に応えるため、特開昭60−114081号
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。
〔発明が解決しようとする問題点〕
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。
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。
〔問題点を解決するための手段〕
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。
特開昭60−114081号に記載されている。
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、WXO(Xは酸素、ペロキソLe+(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WX8の一部がNbX Cの八
面体に置換されたものと思われる。
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−(1)WO3・x/ 2Nb206
 ・QTi02 ・yll 202 ・zH20・mC
O2(但し、0<x+l<1.O<y<1.0.16<
z<4.0≦m≦0.025の範囲)である。
本発明の放射線感応性材料は、上記一般式のX又はQの
一方がOのものでもよく、またx+lの値がO< x 
+ Q≦0.5の範囲が特に好ましい範囲である。
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。−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10〜90VoR,%の範囲が好ましい。
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。
〔作用〕
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、酸素プラグされているタングステ
ンのみの縮合酸と同じである1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。
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−塗膜形
成能を有する放射線感応材料を提供する。
さらに、本発明の材料を用いた二層レジスト法によるバ
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。この塗膜にリソ
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F!塗膜をエッ
チマスクとして下層有機高分子膜をNt素プラズマエツ
チングして、パタンを転写することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の詳細を具体的に実施例で示す。
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8.82 g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%H20□水溶液70mfl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
%H、02水溶液約15 m Qを加えて、室温に放置
した。は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減化によって取
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、(1x)WOa・x/2N
b20s・yH202・zH20−mCO2(但し、x
 牛0.2 * O< 7≦1.0.16<z<4.0
(m≦0.06の範囲である)なる実験式%式% 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、制御の誰
しい条件によってy、z、mが変化するためである。
こうして得られた、タングステンとニオブを金錫 む緩合酸−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ェーハ上に回
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の距雛にて
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バタンか形
成された。
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N b : (W+N b)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0.5μmの繰返しバタンを形成した。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。
第     1     表 2        0.1           1.
51        0.2           1
.03        0.3           
0.84        0.4          
 0.85        0.5         
  0.9比較例      0          
90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と同じ方法によっ七合成したタングステンのみ
の縮合酸である。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
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
実施例6゜ 金属タングステン粉末8.82 g、及び金属ニオブ粉
末1.11g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、1300〜1
400cm−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。
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。バタン
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。
実施例7゜ 炭化タングステン粉末9.40 g、及び炭化ニオブ粉
末1.26g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+Nb)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。バタンを得るのに必要な露光
時間は約1秒であった。
こうして得られたベ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ェーハ上に回転塗布
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。
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
?!21膜をI X 10−5C/c+s”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、良好なネガバタンを得た。
実施例9゜ 実施例6で得たベルオキソを含む縮合酸の塗膜を2X1
0−’C/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。
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S
i基板1上に被加工膜であるAQ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M3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、16
0℃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
50c■の距離にて、1秒間露光した。a先後、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バタン
4′を形成した。その後、レジストバタン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2
00〜300nm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
良好な形状のバタン3’ 、4’ を形成させることが
できた。
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21址部を水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
バタン4′をエッチマスクとして、下層ノボラック槓脂
膜を、酸素ガスを用いた反応性スパッタエツチングによ
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バタン3’ 、4’ を形
成させることができた。
実施例12゜ 半導体素子用シリコンウェ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1 ’j前記基板ウェーハ
に回転塗布する。X線マスクを介してX線露光を行う。
X線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loOmJ/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3
0秒間の現像を行い、レジストパターンを形成した。こ
の43,100℃、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ツチングを行った。エツチン
グガスはBCQ3を用い、印加電力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。
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。
実施例13゜ 半導体素子絶縁材料としてpsc (リンを含むシリコ
ンガラス)膜を被着したシリコンウェー八にホトレジス
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XDN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
0次に、レジスト膜をマスクにして、下層のAZ135
0Jを酸素のRIE (反応性イオンエツチング)によ
りエツチングする。次に、前記AZ1350Jをマスク
にして、下層のPSGti−RIEでエツチング加工す
る。エツチング反応ガスはCHF 3+02 (4%)
を用い、印加電力500Wで行った。縮合着膜を水洗除
去した後、AZ1350Jを酸素プラズマ灰化により除
去する。
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ツ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。
実施例14゜ 9.93 g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70
mΩ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を分解除去した晶 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1340cI11″″1
,970cm−’ 、880cm−’及び550cm−
’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+ 88
0cm−’、610cm−’及び560ca−1に特徴
的な散乱信号がa測された。
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
分とするペルオキソ縮合酸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
されたシリコンウェ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60
0W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35c+++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バタンか形成された。
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/
c+m2の強度の電子線(加速電圧30kV)を照射し
た。これをp H2の硫酸水溶液で現像し、良好なネガ
パタンを得た。
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180 m
 J /cwt2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。
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、T i : (
W+T i)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
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の距煎
にて露光し、pH2の現像液で現像して良好なネガバタ
ンを得た。ネガバタンか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。
第     2     表 Ti/(Ti+W)   必要最小露光時間モル比  
     (秒) 実施例17    0.05       5実施例1
4    0.1        5実施例18   
 0.2        3実施例19    0.3
        7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ベルオ
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。
実施例20゜ 金属タングステン粉末9.93 gと金属チタン粉末(
粒径1.0μm)0.287gの混合物を70mQの1
5%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。
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バタンを得た。パタン
か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。
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
P I Q)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、玉磨樹脂膜上に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1O−
3Torrの条件でN!素イオンエツチングを1時間行
なったところ、上層無機レジストバタンか下層樹脂に転
写され、0.5μm間隔のPIQパタンか得られた。
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0.63 
gおよび炭化チタン粉末0 、36 gを14%HzO
s++70mQ中にン容解することによリタンゲステン
、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
ベルオキソ縮合酸1重量部を水3!l!量部に溶解して
感光性組成物とした。これをシリコンウェーハ上にスピ
ン塗布し、膜厚0.1μmの塗布膜を作成し、実施例1
4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。
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。IQ中に0.49 gのH2S○4を含むpH2
の硫酸水溶液(A)と、1α中に12gの酢酸と15g
の酢酸ナトリウムを含む水溶液CB)の混合液を用い、
上記露光試料を浸漬し、未露光部を溶m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1象前
の膜厚に対する現像後の膜厚の比重)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。
第    3    表 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。
〔発明の効果〕
以上詳述したように1本発明によれば、簡便し;1罵。
【図面の簡単な説明】
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・・・AQ膜、3・・・有機高分
子膜下層、3′・・・下層バタン、4・・・縮合酸塗膜
上層、4′・・・上層バタン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 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。 2、上記縮合酸は一般式(1−x−l)WO_3・(x
    /2)Nb_2O_5・lTiO_2・yH_2O_2
    ・zH_2O・_mCO_2(ただし、x、y、z、l
    及びmは、それぞれ0<x+l<1、0<y≦1、0.
    16<z<4、0≦m≦0.25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。 3、上記一般式のx+lの値が0<x+l≦0.5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
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0794456A1 (en) 1996-03-07 1997-09-10 Agfa-Gevaert N.V. Method of reproducing an electronically stored medical image on a light-sensitive photographic material
JP2015513540A (ja) * 2012-02-27 2015-05-14 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションInternational Business Machines Corporation 電子ビーム、ディープuvおよび極短uvフォトレジスト用途の有機共配位子を含む金属ペルオキソ化合物
JPWO2016043200A1 (ja) * 2014-09-17 2017-07-06 Jsr株式会社 パターン形成方法

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