JPH0449935B2 - - Google Patents

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JPH0449935B2
JPH0449935B2 JP7965884A JP7965884A JPH0449935B2 JP H0449935 B2 JPH0449935 B2 JP H0449935B2 JP 7965884 A JP7965884 A JP 7965884A JP 7965884 A JP7965884 A JP 7965884A JP H0449935 B2 JPH0449935 B2 JP H0449935B2
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JP
Japan
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resist
polymer
polyvinyl alcohol
ionizing radiation
film
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Application number
JP7965884A
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Japanese (ja)
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JPS60222846A (en
Inventor
Kyoshi Oguchi
Yoichi Takahashi
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Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority to JP7965884A priority Critical patent/JPS60222846A/en
Publication of JPS60222846A publication Critical patent/JPS60222846A/en
Publication of JPH0449935B2 publication Critical patent/JPH0449935B2/ja
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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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)

Description

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

発明の技術分野 本発明は、LSI、超LSIなどの高密度集積回路
あるいはそれらの製造に用いるフオトマスクを製
造するためのリングラフイー工程で用いられる微
細パターン形成に敵したレジスト材料に関し、さ
ら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。 発明の技術的背景ならびにその問題点 周知のように、近年、半導体集積回路などの高
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、イオンビームな
どを用いるリン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、このような照射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じた特性を有する
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 高解像度であること。 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、上述したような特性を備える電離放射線
感応レジスト材料としては、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超し照
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
いう欠点がある。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、開発されている電離放射線感応性ネガ型
レジフト材料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材料
も実用上いくつかの欠点があり、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材料は、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
チングに際しての薄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がある。 上述した事情に鑑み、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材
料を提案した(昭和56年特許願第161430号)。す
なわち、このレジスト材料は、一般式 (式中R0は、アルデヒドまたはケトンの炭化
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またはこれと相
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。 この電離放射線感応ネガ型レジスト材料は、優
れた特性を有しているが、より高感度ならびに高
解像力を有する電離放射線感応ネガ型レジスト材
料が望まれていた。 発明の目的ならびにその概要 本発明は、本発明者らがすでに提案した上記の
電離放射線感応ネガ型レジスト材料の特性をより
一層改善しようとするものであつて、以下のよう
な目的を有する。 (a) より高感度ならびに高解像力を有する電離放
射線感応ネガ型レジスト材料を提供すること。 (b) 耐ドライエツチング性に優れた電離放射線感
応ネガ型レジスト材料を提供すること。 本発明に係る電離放射線感応ネガ型レジスト材
料は、下記一般式()および()で表わされ
る構成単位 (式中、R1はハロゲン含有アシル基であり、R3
は何もないか酢酸ビニルと共重合可能な重合単位
である) (式中、R2は水素原子またはアセチル基であ
り、R3は上記と同様である) から構成され、単位()は30〜80モル%の量
で、単位()は5〜70モル%の量で存在し、平
均分子量が10000〜1000000であるハロゲン含有ア
シル化ポリビニルアルコール共重合体、またはこ
の重合体およびこの重合体と相溶性の他の重合体
からなる混合物からなることを特徴としている。 本発明のレジストを構成する重合体の構造なら
びに製造法自体は、公知のものである。しかしな
がら、この重合体が電離放射線に感応するという
事実は知られておらず、したがつてその架橋性樹
脂としての利用、特に電離放射線の照射により架
橋して耐ドライエツチング性に優れたレジスト膜
を与えることは全く知られていなかつた。 発明の具体的説明 以下、本発明をさらに具体的に説明するが、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である。 なお、本明細書において、「電離放射線感応ネ
ガ型レジフト材料」とは、たとえば電子線などの
電離放射線の照射によつて溶媒に対する溶解度が
減少する性質を有し、かつ基板のエツチングに際
して保護被膜となりうるような材料を意味してい
る。 本発明に係るレジスト材料を構成する重合体
は、上記一般式()で示される構成単位を有す
るが、この一般式()中の基R1は、ハロゲン
を含有するアシル基である。より具体的には、フ
ツ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲンを含有
するアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、
イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、
アクリロイル基、メタアクリロイル基、ベンゾイ
ル基、トルイル基、シイナモイル基、フエニルア
セチル基などが挙げられる。これらのアシル基
は、複数個のハロゲン原子で置換されていてもよ
い。 また、上記一般式中の基R3は、何もないかあ
るいは酢酸ビニルと共重合可能な重合単位であつ
て、具体的には、エチレン、スチレンなどの重合
単位である。R3としてスチレンが存在すると、
特に耐ドライエツチング性の優れたレジスト膜が
得られる。 本発明に係る重合体は、一般式()で示され
る構成単位を30〜80モル%の量で含むことが好ま
しい。この構成単位が30モル%未満である場合に
は、感度が低い上、溶解性が悪いため好ましくな
く、また80モル%を超える場合には接着性が低下
するため好ましくない。 また、本発明に係るレジスト材料を構成する重
合体は、上記一般式()で示される構成単位を
有し、この一般式()中の基R2は、水素原子
またはアセチル基である。基R2がHである場合
には一般式()で示される構成単位はビニルア
ルコールであり、一方基R2がアセチル基である
場合には一般式()で示される構成単位は酢酸
ビニルであるが、本発明に係る重合体は、一般式
()で示される構成単位を5〜70モル%の量で
含み、これらのうち、酢酸ビニル単位は40モル%
以下であることが好ましい。 また、基R3は上記と同様の意味を有する。基
R3で示される重合単位は、本発明に係る重合体
の70モル%以下の量で存在することが好ましい。 本発明に係るハロゲン含有アシル化ポリビニル
アルコール重合体は、分子量10000〜1000000を有
することが好ましい。分子量が10000未満である
場合には、レジスト膜として成膜しにくく、また
分子量が1000000を超えると溶媒に溶解させた場
合に粘度が高くなりすぎて塗布しにくくなるため
好ましくない。 上記のハロゲン含有アシル化ポリビニルアルコ
ール重合体は、ポリビニルアルコールとハロゲン
置換された酸(たとえばモノクロロ酢酸)とを反
応させることによつて合成することができる。ま
た、構成単位R3で示される酢酸ビニルと共重合
可能な重合単位を含むハロゲン含有アシル化ポリ
ビニルアルコール重合体は、まず酢酸ビニルと、
酢酸ビニルと共重合可能なモノマーとから共重合
体を合成し、得られた共重合体をケン化した後
に、これとハロゲン置換された酸(たとえばモノ
クロロ酢酸)とを反応させることにより得られ
る。 得られるハロゲン含有アシル化ポリビニルアル
コール重合体は、その製造工程からも明らかなよ
うに、構成単位()および()はランダムに
配置されている。 本発明の係るレジスト材料は、ハロゲン含有ア
シル化ポリビニルアルコール重合体単独で構成さ
れていることが好ましいが、必要に応じて、これ
と相溶性が良くか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などが挙げら
れる。混合物として用いる場合、上記式で表わさ
れるハロゲン含有アシ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。 次に本発明に係るレジスト材料を用いてリソグ
ラフイーを行う方法について説明する。 まず、本発明に係るポリビニルアルコール系共
重合体を、ベンゼン、キシレンなどの芳香族溶
剤、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン
系溶剤、クロロホルム、エチレンクロライドなど
の塩素系溶剤、メチルセロソルブ、エチルセロソ
ルブなどのセロソルブ系溶剤の単独またはこれら
の混合溶剤に溶解させて、塗布に敵した粘度を有
する5〜15%程度のレジスト溶液を調整する。 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−コーテイ
ング法など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程度のレジスト形
成用塗布膜を形成する。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、レジスト形成用塗布膜の所望部分に、
常法に従つて電子線、軟X線などの電離放射線を
パターン照射してパターン描画を行い、さらに現
像液で処理して未照射部のレジスト形成用塗布膜
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
スト溶液の調整に用いたと同様な溶剤類を好適に
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、
必要に応じてさら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の条件下で1〜2分処理することによ
り行われる。 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、マスク基板などの加工には、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、本発明で用いるポリビニルアル
コール系重合体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、
分子構造中にベンゼン環が導入されたポリビニル
アルコール系重合体を用いてパターン化レジスト
膜をクロムマスク基板上に形成し、四塩化炭素な
ど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優れているノボラツ
ク系フエノール樹脂からなるフオトレジストのそ
れとほぼ用等の値が得られる。 エツチング後残存するレジストパターンを剥離
などにより除去すれば、リングラフイー工程の1
サイクルが終了する。 上述したように、本発明に係る電離放射線感応
ネガ型レジスト材料は、高感度かつ高解像力を有
するとともに耐ドライエツチング性に優れてお
り、ドライエツチングによる微細パターン化を要
する高集積度の半導体回路あるいはフオトマスク
の製造に極めて優れた性能を示す。なお、本明細
書において、電離放射線とは、電子線、軟X線、
イオンビームなどを意味する。 以下本発明を実施例により説明するが、本発明
はこれらの実施例に限定されるものではない。 実施例 1 重合度2000のポリビニルアルコール10gとモノ
クロロ酢酸200gとを混合し、70℃で撹拌しなが
ら2時間反応させた。次に反応溶液を大量の水中
に加え、得られたポリマーを回収した。得られた
ポリマーをセロソルブに溶解して再沈殿させた。
この操作を繰り返して精製し、一般式
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a resist material suitable for fine pattern formation used in a phosphorography process for manufacturing high-density integrated circuits such as LSIs and VLSIs, and photomasks used in their manufacture. The present invention relates to a new negative resist material that is highly sensitive to ionizing radiation, has high resolution, and provides a resist film with excellent etching resistance after curing. Technical background of the invention and its problems As is well known, in recent years, demands for higher performance and higher integration of semiconductor integrated circuits and the like have been increasing. Therefore, instead of photolithography using conventional ultraviolet rays, lithography technology uses ionizing radiation with shorter wavelength and higher energy, such as electron beams, soft X-rays, and ion beams. Efforts are being made to establish ultra-fine pattern processing technology. On the other hand, in order to enable ultra-fine lithography technology by changing the irradiation source, the resist material used must also have properties corresponding to the 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 be of 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. In the past, many ionizing radiation-sensitive resist materials have been developed that have the above-mentioned characteristics. and negative type, in which the crosslinking reaction is exceeded and the irradiated area becomes insolubilized by irradiation with ionizing radiation. 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 ionizing radiation-sensitive negative resist materials that have been developed include polyglycidyl methacrylate systems, glycidyl methacrylate-ethyl acrylate copolymer systems, and unsaturated carboxylic acid-methacrylate copolymer systems. However, these negative resist materials also have some practical drawbacks and are not necessarily satisfactory. For example, although glycidyl methacrylate-based resist materials have high sensitivity, a lot of scum occurs at the edges of the drawn pattern, resulting in a decrease in resolution, and in practical terms only a resolution of about 2.0 μm can be obtained. Furthermore, all of the above resists have low dry etching resistance (thickness decreases significantly during dry etching), and have the drawback that it is difficult to apply the dry etching process essential for forming fine patterns with high density. In view of the above-mentioned circumstances, the present inventors have already proposed an ionizing radiation-sensitive negative resist material for the above-mentioned purpose (Patent Application No. 161430 of 1982). That is, this resist material 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 consisting 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. It is. Although this ionizing radiation-sensitive negative resist material has excellent properties, there has been a desire for an ionizing radiation-sensitive negative resist material that has higher sensitivity and higher resolution. OBJECTS AND SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to further improve the characteristics of the above-mentioned ionizing radiation-sensitive negative resist material that the present inventors have already proposed, and has the following objects. (a) To provide an ionizing radiation-sensitive negative resist material having higher sensitivity and resolution. (b) To provide an ionizing radiation-sensitive negative resist material with excellent dry etching resistance. The ionizing radiation-sensitive negative resist material according to the present invention has structural units represented by the following general formulas () and (). (In the formula, R 1 is a halogen-containing acyl group, and R 3
is either nothing or a polymeric unit that can be copolymerized with vinyl acetate) (In the formula, R 2 is a hydrogen atom or an acetyl group, and R 3 is the same as above). halogen-containing acylated polyvinyl alcohol copolymer present in an amount of . The structure of the polymer constituting the resist of the present invention and the manufacturing method itself are known. However, the fact that this polymer is sensitive to ionizing radiation is not known, and therefore, its use as a crosslinking resin is particularly important, especially when crosslinked by irradiation with ionizing radiation to create resist films with excellent dry etching resistance. Giving was completely unknown. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described in more detail below. In the following description, "%" and "part" representing the composition are based on weight unless otherwise specified. In this specification, the term "ionizing radiation-sensitive negative resist material" refers to a material whose solubility in a solvent decreases when irradiated with ionizing radiation such as an electron beam, and which acts as a protective film during etching of a substrate. It means a moist material. The polymer constituting the resist material according to the present invention has a structural unit represented by the above general formula (), and the group R 1 in this general formula () is a halogen-containing acyl group. More specifically, acetyl groups, propionyl groups, butyryl groups containing halogens such as fluorine, chlorine, bromine, and iodine;
isobutyryl group, valeryl group, isovaleryl group,
Examples include acryloyl group, methacryloyl group, benzoyl group, tolyl group, cyinamoyl group, and phenylacetyl group. These acyl groups may be substituted with multiple halogen atoms. Furthermore, the group R 3 in the above general formula is either nothing or a polymeric unit copolymerizable with vinyl acetate, and specifically, it is a polymeric unit such as ethylene or styrene. When styrene is present as R3 ,
In particular, a resist film with excellent dry etching resistance can be obtained. The polymer according to the present invention preferably contains the structural unit represented by the general formula () in an amount of 30 to 80 mol%. If the content of this structural unit is less than 30 mol %, sensitivity and solubility are undesirable, and if it exceeds 80 mol %, adhesiveness is decreased, which is undesirable. Further, the polymer constituting the resist material according to the present invention has a structural unit represented by the above general formula (), and the group R 2 in this general formula () is a hydrogen atom or an acetyl group. When the group R 2 is H, the structural unit represented by the general formula ( ) is vinyl alcohol, while when the group R 2 is an acetyl group, the structural unit represented by the general formula ( ) is vinyl acetate. However, the polymer according to the present invention contains the structural unit represented by the general formula () in an amount of 5 to 70 mol%, and of these, the vinyl acetate unit accounts for 40 mol%.
It is preferable that it is below. Furthermore, the group R 3 has the same meaning as above. base
The polymerized units represented by R 3 are preferably present in an amount of up to 70 mol % of the polymer according to the invention. The halogen-containing acylated polyvinyl alcohol polymer according to the present invention preferably has a molecular weight of 10,000 to 1,000,000. If the molecular weight is less than 10,000, it is difficult to form a resist film, and if the molecular weight exceeds 1,000,000, the viscosity becomes too high when dissolved in a solvent, making it difficult to coat, which is not preferred. The above-mentioned halogen-containing acylated polyvinyl alcohol polymer can be synthesized by reacting polyvinyl alcohol with a halogen-substituted acid (for example, monochloroacetic acid). Further, a halogen-containing acylated polyvinyl alcohol polymer containing a polymer unit copolymerizable with vinyl acetate represented by the structural unit R 3 is first mixed with vinyl acetate,
It can be obtained by synthesizing a copolymer from vinyl acetate and a copolymerizable monomer, saponifying the resulting copolymer, and then reacting it with a halogen-substituted acid (for example, monochloroacetic acid). In the resulting halogen-containing acylated polyvinyl alcohol polymer, the structural units () and () are randomly arranged, as is clear from the manufacturing process. The resist material according to the present invention is preferably composed of a halogen-containing acylated polyvinyl alcohol polymer alone, but if necessary, it may be composed of another polymer having good compatibility and solvent solubility. A mixture can also be used. 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 halogen-containing acylated polyvinyl alcohol polymer represented by the above formula is preferably used in a proportion of 50% or more by weight of the total amount with other polymers. Next, a method for performing lithography using the resist material according to the present invention will be described. First, the polyvinyl alcohol copolymer according to the present invention is mixed with 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 such as methyl cellosolve or ethyl cellosolve. A resist solution of about 5 to 15% having a viscosity suitable for coating is prepared by dissolving it in a single solvent or a mixture of these solvents. 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 pre-baking process is performed to form a coating film for resist formation with a thickness of about 0.1 to 2 μm. . Prebaking conditions depend on the type of solvent used, but in the case of lower alcohols, a temperature of 70 to 90°C and a time of 20 to 40 minutes are generally suitable. Next, on the desired part of the coating film for resist formation,
By irradiating patterns with ionizing radiation such as electron beams and soft X-rays in accordance with conventional methods to draw a pattern, and then treating with a developer to selectively dissolve and remove the resist-forming coating film in the unirradiated areas. Form a resist pattern. As the developer, the same solvents as those used for 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-bake treatment is for example at a temperature of 120-140℃ for a time
The scum removal process is carried out for 20 to 40 minutes.
For example, using oxygen plasma at a pressure of 0.9 to 1 Torr,
This is done by processing for 1 to 2 minutes under the condition of an output of 100W. Both wet etching and dry etching can be applied to etching, but 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 polyvinyl alcohol polymer used in the present invention, it is possible to provide a crosslinked resist film with particularly excellent etching resistance. for example,
When a patterned resist film is formed on a chrome mask substrate using a polyvinyl alcohol-based polymer with a benzene ring introduced into its molecular structure, and the exposed chromium portion is dry etched using a chlorine-based gas such as carbon tetrachloride, The film fall rate of the resist film is
A value almost equal to that of a photoresist made of a novolak phenolic resin, which has the best dry etching resistance, can be obtained. If the resist pattern remaining after etching is removed by peeling etc., it is possible to
The cycle ends. As described above, the ionizing radiation-sensitive negative resist material according to the present invention has high sensitivity and high resolution as well as excellent dry etching resistance, and is suitable for use in highly integrated semiconductor circuits that require fine patterning by dry etching or Shows extremely excellent performance in photomask manufacturing. In addition, in this specification, ionizing radiation includes electron beams, soft X-rays,
It means ion beam, etc. EXAMPLES The present invention will be explained below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Example 1 10 g of polyvinyl alcohol with a degree of polymerization of 2000 and 200 g of monochloroacetic acid were mixed and reacted for 2 hours with stirring at 70°C. Next, the reaction solution was added to a large amount of water, and the resulting polymer was collected. The obtained polymer was dissolved in cellosolve and reprecipitated.
Repeat this operation to purify the general formula

【式】で示される構成単位と、一般 式The structural unit represented by [Formula] and the general formula

【式】で示される構成単位とからな るモノクロロ酢酸アシル化ポリビニルアルコール
を得た。このポリマーにおけるアシル化率は、元
素分析値より45%と計算された。また分子量は約
15〜16万であつた。 次に上記のようにして得られたポリマーをメチ
ルセロソルブに溶解し、0.2μmのフイルターで
過して濃度5%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、エチルセロソルブ
に60秒浸して現像し、さら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%となる露光量をもつて感度とした。
このレジスト膜の感度は1×10-6クローン/cm2
あつた。 さら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
設け、これにビーム径0.5μm、加速電圧10kvの電
子線を用い、1×10-6クーロン/m2の照射量で照
射してパターン描画を行つた。さらにこのレジス
ト膜をエチルセロソルブで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、このようにしてレジストパターンが設け
られた基板を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。次いで、スカム除
去処理されたこの基板を、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、レジス
トパターンが設けられていない部分のクロム膜を
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て基板に対して充分
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
からなり、70℃に保たれた剥膜液に5分間浸漬し
た後、レジストパターンを剥離したところ、1μm
のラインと1μmのスペースと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2000のポリビニルアルコール10gとジク
ロロ酢酸200gを混合し、実施例1と同様にして
ジクロロ酢酸アシル化ポリビニルアルコールを得
た。このポリマーにおけるアシル化率は、元素分
析値より50%と計算された。 次に得られたポリマーをメチルセロソルブに溶
解し、0.2μmのフイルタで過して濃度5%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上にスピンナコーテイ
ング法により塗布し、90℃で30分間プリベーク処
理を行ない、厚さ5000Åの均一なレジスト膜を形
成した。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9×10-7クーロ
ン/cm2で照射した後、アセトンで1分間処理して
現像し、次いで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
したところ、1μmのラインと1μmのスペースとか
らなるシリコン酸化膜のパターンを得た。 実施例 3 酢酸ビニルを40モル%の量で含む酢酸ビニル/
スチレンブロツク共重合体(分子量16万)をケン
化することによつてビニルアルコール/スチレン
ブロツク共重合体を合成し、この共重合体とジク
ロロ酢酸とを実施例1と同様にして反応させ、ジ
クロロ酢酸ビニルアルコール/スチレンブロツク
共重合体を得た。このポリマーにおけるアシル化
率は、元素分析値より25%と計算された。 次に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のフイルタで過して濃
度5%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3×10-6
クーロン/cm2の照射量で照射してパターン描画を
行つた。さらにこのレジスト膜をベンゼンで1分
間処理して現像し、次いでイソプロピルアルコー
ルで1分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。この基板について圧力
3×10-1Torr、出力300WでC14とO2の混合ガス
を用いた反応性スパツタエツチングによりクロム
膜の露出部を5分間エツチングした。レジストパ
ターンの膜べり速度200Å/分であり、十分な耐
ドライエツチング性を示した。 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
ストパターンを剥離し、2μm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 4 重合度500のポリビニルアルコールとジクロロ
酢酸とを用いて、実施例1と同様にしてジクロロ
酢酸アシル化ポリビニルアルコールを得た。この
ポリマーにおけるアシル化率は、元素分析値より
36%であると計算された。 得られたポリマーをメチルセロソルブに溶解
し、0.2μmのフイルタで過して濃度5%のレジ
スト溶液を得た。 このレジスト溶液を基板上に塗布し乾燥して膜
厚5000Åのレジスト膜を形成し、10KeVの電子
線をパターン照射し、メチルセロソルブで現像し
たところ、残膜率50%にて6×10-6クーロン/cm2
の感度を示した。 実施例 5 重合度2000のポリビニルアルコールとトリクロ
ロ酢酸とを用いて、実施例1と同様にしてトリク
ロロ酢酸アシル化ポリビニルアルコールを得た。
このポリマーにおけるアシル化率は、63%であつ
た。 得られたポリマーを用いて実施例4と同様にし
て感度を測定したところ、レジスト膜は1.0×
10-5クーロン/cm2の感度を示した。 実施例 6 実施例1で得られたモノクロロ酢酸アシル化ポ
リビニルアルコール2部と、重合度1000のポリ酢
酸1部とをメチルエチルケトンに溶解し、充分に
混合した後、濃度6%のレジスト溶液を得た。 得られたレジスト溶液を用いて実施例4と同様
にして感度を測定したところ、レジスト膜は3×
10-6クーロン/cm2の感度を示した。
Monochloroacetic acid acylated polyvinyl alcohol consisting of the structural unit represented by the formula was obtained. The acylation rate in this polymer was calculated to be 45% based on elemental analysis values. Also, the molecular weight is approximately
It was 150,000 to 160,000. Next, the polymer obtained as described above was dissolved in methyl cellosolve and passed through a 0.2 μm filter to obtain a resist solution with a concentration of 5%. 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, a beam diameter of 0.25 μm was applied to this resist film.
An electron beam with an energy of 10 KeV was irradiated. After irradiating with varying exposure doses, the film was developed by immersing it in ethyl cellosolve for 60 seconds, and was further immersed in isopropyl alcohol for 30 seconds for rinsing.The residual film rate was plotted against the exposure dose to obtain a sensitivity curve. The exposure amount at which the residual film rate after development was 50% was defined as the sensitivity.
The sensitivity of this resist film was 1×10 −6 clones/cm 2 . Furthermore, using this resist, a resist film with a thickness of 6000 Å was formed on a chrome 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 applied to the resist film at 1 × 10 -6 Coulomb/m 2 The pattern was drawn by irradiating with a dose of . Furthermore, this resist film was developed by treating it with ethyl cellosolve for 1 minute, and was washed with isopropyl alcohol for 30 seconds to form a resist pattern. Next, after post-baking the substrate with the resist pattern provided in this way at 140°C for 30 minutes,
1 by oxygen plasma with a pressure of 1 Torr and an output of 100 W.
The scum was removed for 1 minute. Next, this scum-removed substrate is immersed in a ceric ammonium nitrate aqueous solution to remove the chromium film in the areas where the resist pattern is not provided.
Etched for 40 seconds. The resist pattern showed sufficient adhesion to the substrate during the wet etching. After etching, the substrate was immersed in a stripping solution made of a sulfuric acid-hydrogen peroxide mixture maintained at 70°C for 5 minutes, and the resist pattern was peeled off to a thickness of 1 μm.
A photomask with a chrome pattern consisting of lines and spaces of 1 μm was obtained. Example 2 10 g of polyvinyl alcohol with a degree of polymerization of 2000 and 200 g of dichloroacetic acid were mixed and dichloroacetic acid acylated polyvinyl alcohol was obtained in the same manner as in Example 1. The acylation rate in this polymer was calculated to be 50% based on elemental analysis values. Next, the obtained polymer was dissolved in methyl cellosolve and filtered through a 0.2 μm filter to obtain a resist solution with a concentration of 5%. 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. This resist film has a beam diameter of 0.25μm,
After irradiating with an electron beam having an energy of 10 KeV at 9×10 −7 coulombs/cm 2 , the resist pattern was developed by processing with acetone for 1 minute, and then 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.
When the resist was removed by processing under conditions of 5 Torr and 300 W, a silicon oxide film pattern consisting of 1 μm lines and 1 μm spaces was obtained. Example 3 Vinyl acetate containing vinyl acetate in an amount of 40 mol%/
A vinyl alcohol/styrene block copolymer was synthesized by saponifying a styrene block copolymer (molecular weight 160,000), and this copolymer was reacted with dichloroacetic acid in the same manner as in Example 1. A vinyl acetate alcohol/styrene block copolymer was obtained. The acylation rate in this polymer was calculated to be 25% based on elemental analysis values. Next, the obtained polymer was dissolved in ethyl cellosolve acetate and filtered through a 0.2 μm filter to obtain a resist solution with a concentration of 5%. 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
3×10 -6 electron beam of 0.25 μm and energy of 10 KeV
Patterns were drawn by irradiating with an irradiation dose of coulomb/cm 2 . Furthermore, this resist film was developed by processing with benzene for 1 minute, and then washed with isopropyl alcohol for 1 minute 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 on this substrate was etched for 5 minutes by reactive sputter etching using a mixed gas of C1 4 and O 2 at a pressure of 3×10 −1 Torr and an output of 300 W. The film fall rate of the resist pattern was 200 Å/min, indicating sufficient dry etching resistance. 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 then the resist pattern was peeled off to obtain a photomask having a chromium pattern consisting of 2 μm lines and spaces. Example 4 Dichloroacetic acid acylated polyvinyl alcohol was obtained in the same manner as in Example 1 using polyvinyl alcohol with a degree of polymerization of 500 and dichloroacetic acid. The acylation rate in this polymer is determined from elemental analysis values.
It was calculated to be 36%. The obtained polymer was dissolved in methyl cellosolve and filtered through a 0.2 μm filter to obtain a resist solution with a concentration of 5%. This resist solution was applied onto the substrate and dried to form a resist film with a thickness of 5000 Å.The resist solution was irradiated with a pattern of 10 KeV electron beams and developed with methyl cellosolve . coulomb/ cm2
showed a sensitivity of Example 5 Trichloroacetic acid acylated polyvinyl alcohol was obtained in the same manner as in Example 1 using polyvinyl alcohol with a degree of polymerization of 2000 and trichloroacetic acid.
The acylation rate in this polymer was 63%. When the sensitivity was measured using the obtained polymer in the same manner as in Example 4, the resist film was 1.0×
It showed a sensitivity of 10 -5 coulombs/cm 2 . Example 6 2 parts of monochloroacetic acylated polyvinyl alcohol obtained in Example 1 and 1 part of polyacetic acid with a degree of polymerization of 1000 were dissolved in methyl ethyl ketone and mixed thoroughly to obtain a resist solution with a concentration of 6%. . When the sensitivity was measured in the same manner as in Example 4 using the obtained resist solution, the resist film was 3×
It exhibited a sensitivity of 10 -6 coulombs/cm 2 .

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 下記一般式()および()で表わされる
構成単位 (式中、R1はハロゲン含有アシル基であり、
R3は何もないか酢酸ビニルと共重合可能な同合
単位である) (式中、R2は水素原子またはアセチル基であ
り、R3は上記と同様である) から構成され、単位()は30〜80モル%の量
で、単位()は5〜70モル%の量で存在し、平
均分子量が10000〜1000000であるハロゲン含有ア
シル化ポリビニルアルコール共重合体、またはこ
の重合体およびこの重合体と相溶性の他の重合体
からなる混合物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材料。
[Claims] 1. Constituent units represented by the following general formulas () and () (In the formula, R 1 is a halogen-containing acyl group,
R3 is nothing or a copolymerizable unit copolymerizable with vinyl acetate) (In the formula, R 2 is a hydrogen atom or an acetyl group, and R 3 is the same as above). halogen-containing acylated polyvinyl alcohol copolymer present in an amount of Negative resist material sensitive to ionizing radiation.
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