JP2016134580A - Patterning composition, patterning method, and block-copolymer - Google Patents

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JP2016134580A JP2015010083A JP2015010083A JP2016134580A JP 2016134580 A JP2016134580 A JP 2016134580A JP 2015010083 A JP2015010083 A JP 2015010083A JP 2015010083 A JP2015010083 A JP 2015010083A JP 2016134580 A JP2016134580 A JP 2016134580A
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裕之 小松
Hiroyuki Komatsu
裕之 小松
智博 小田
Tomohiro Oda
智博 小田
信也 峯岸
Shinya Minegishi
信也 峯岸
岳彦 成岡
Takehiko Naruoka
岳彦 成岡
永井 智樹
Tomoki Nagai
智樹 永井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a patterning composition capable of patterning with a sufficiently fine microdomain structural width, and to provide a patterning method using this patterning composition, and a block-copolymer for use in the patterning composition.SOLUTION: (A) A block-copolymer has a specific structure, and (B) a patterning composition contains an organic solvent. A patterning method and a block-copolymer using the same are also provided.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、パターン形成用組成物、パターン形成方法及びブロック共重合体に関する。   The present invention relates to a pattern forming composition, a pattern forming method, and a block copolymer.

半導体デバイス、液晶デバイス等の各種電子デバイス構造の微細化に伴って、リソグラフィー工程におけるパターンの微細化が要求されている。現在、例えばArFエキシマレーザーを用いて線幅90nm程度の微細なパターンを形成することができるが、さらに微細なパターン形成が要求されるようになってきている。   With the miniaturization of various electronic device structures such as semiconductor devices and liquid crystal devices, pattern miniaturization in the lithography process is required. At present, it is possible to form a fine pattern with a line width of about 90 nm using, for example, an ArF excimer laser, but a finer pattern formation has been required.

上記要求に対し、秩序パターンを自発的に形成するいわゆる自己組織化による相分離構造を利用したパターン形成方法がいくつか提案されている。例えば、一の性質を有する単量体化合物と、それと性質の異なる単量体化合物とが共重合してなるブロック共重合体を用いた自己組織化による超微細パターンの形成方法が知られている(特開2008−149447号公報、特表2002−519728号公報、特開2003−218383号公報参照)。この方法によると、上記ブロック共重合体を含む組成物をアニーリングすることにより、同じ性質を持つポリマー構造同士が集まろうとするために、自己整合的にパターンを形成することができる。また、互いに性質の異なる複数のポリマーを含む組成物を自己組織化させることにより微細パターンを形成する方法も知られている(米国特許出願公開2009/0214823号明細書、特開2010−58403号公報参照)。   In response to the above requirements, several pattern forming methods using so-called self-organized phase separation structures that spontaneously form ordered patterns have been proposed. For example, a method for forming an ultrafine pattern by self-assembly using a block copolymer obtained by copolymerizing a monomer compound having one property and a monomer compound having a different property is known. (See JP2008-149447, JP2002-519728, JP2003-218383). According to this method, by annealing the composition containing the block copolymer, polymer structures having the same properties tend to gather together, so that a pattern can be formed in a self-aligning manner. Also known is a method of forming a fine pattern by self-organizing a composition containing a plurality of polymers having different properties (US Patent Application Publication No. 2009/0214823, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-58403). reference).

しかし、上記従来の自己組織化によるパターン形成方法によって得られるパターンは、未だ十分に微細であるとは言えない。   However, it cannot be said that the pattern obtained by the conventional pattern formation method by self-organization is sufficiently fine.

特開2008−149447号公報JP 2008-149447 A 特表2002−519728号公報Japanese translation of PCT publication No. 2002-519728 特開2003−218383号公報JP 2003-218383 A 米国特許出願公開2009/0214823号明細書US Patent Application Publication No. 2009/0214823 特開2010−58403号公報JP 2010-58403 A

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、十分に微細なパターンを形成することが可能なパターン形成用組成物、及びこのパターン形成用組成物を用いたパターン形成方法を提供することである。   The present invention has been made based on the circumstances as described above, and the object thereof is to use a pattern forming composition capable of forming a sufficiently fine pattern and the pattern forming composition. It is to provide a pattern forming method.

上記課題を解決するためになされた発明は、
[A]下記式(1)で表される構造を有するブロック共重合体、及び
[B]有機溶剤
を含有することを特徴とする、パターン形成用組成物である。
The invention made to solve the above problems is
[A] A pattern-forming composition comprising a block copolymer having a structure represented by the following formula (1), and [B] an organic solvent.

(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6の1価の炭化水素基であり、Rは、炭素数1〜6の1価の炭化水素基であり、Rは、水素原子、メチル基、フッ素原子又はトリフルオロメチル基であり、Rは水酸基又は1価の有機基であり、Xは2価の結合基であり、a及びbは、それぞれ独立に、10〜5000であり、cは0〜5である。)
また、上記課題を解決するためになされた発明は、
(1)本発明のパターン形成用組成物を用い、基板面に対して相分離構造を有する自己組織化膜を形成する工程、及び
(2)上記自己組織化膜の一部の相を除去する工程
を含むパターン形成方法である。
(In Formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and R 3 is a monovalent carbon atom having 1 to 6 carbon atoms. A hydrogen group, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, a fluorine atom or a trifluoromethyl group, R 5 is a hydroxyl group or a monovalent organic group, X is a divalent linking group, a and b is 10-5000 each independently, and c is 0-5.)
The invention made to solve the above problems is
(1) a step of forming a self-assembled film having a phase separation structure on the substrate surface using the pattern forming composition of the present invention; and (2) removing a part of the phase of the self-assembled film. It is a pattern formation method including a process.

さらに、上記課題を解決するためになされた発明は、
上記式(1)で表される構造を有するブロック共重合体である。
Furthermore, the invention made to solve the above problems is
It is a block copolymer having a structure represented by the above formula (1).

本発明は、十分に微細なパターンを形成することができるパターン形成用組成物及びこれを用いたパターン形成方法を提供することができる。本発明のパターン形成用組成物及びパターン形成方法は、さらなる微細化が要求されている半導体デバイス、液晶デバイス等の各種電子デバイス製造におけるリソグラフィー工程に好適に用いられる。   The present invention can provide a pattern forming composition capable of forming a sufficiently fine pattern and a pattern forming method using the same. The pattern forming composition and pattern forming method of the present invention are suitably used in lithography processes in the production of various electronic devices such as semiconductor devices and liquid crystal devices that are required to be further miniaturized.

本発明のパターン形成方法において、基板上に下層膜を形成した後の状態の一例を示す模式図である。In the pattern formation method of this invention, it is a schematic diagram which shows an example of the state after forming a lower layer film | membrane on a board | substrate. 本発明のパターン形成方法において、下層膜上にプレパターンを形成した後の状態の一例を示す模式図である。In the pattern formation method of this invention, it is a schematic diagram which shows an example of the state after forming a pre pattern on a lower layer film. 本発明のパターン形成方法において、プレパターンによって挟まれた下層膜上の領域にパターン形成用組成物を塗布した後の状態の一例を示す模式図である。In the pattern formation method of this invention, it is a schematic diagram which shows an example of the state after apply | coating the composition for pattern formation to the area | region on the lower layer film pinched | interposed by the pre pattern. 本発明のパターン形成方法において、プレパターンによって挟まれた下層膜上の領域に自己組織化膜を形成した後の状態の一例を示す模式図である。In the pattern formation method of this invention, it is a schematic diagram which shows an example of the state after forming a self-organization film | membrane in the area | region on the lower layer film pinched | interposed by the pre pattern. 本発明のパターン形成方法において、自己組織化膜の一部の相及びプレパターンを除去した後の状態の一例を示す模式図である。In the pattern formation method of this invention, it is a schematic diagram which shows an example of the state after removing the one part phase and pre pattern of a self-organization film | membrane.

以下、本発明のパターン形成用組成物、パターン形成方法及びブロック共重合体の実施の形態について詳説する。
<パターン形成用組成物>
自己組織化(Directed Self Assembly)とは、外的要因からの制御のみに起因せず、自発的に組織や構造を構築する現象を指す。本発明においては、パターン形成用組成物を基板上に塗布することにより、自己組織化による相分離構造を有する膜(自己組織化膜)を形成し、この自己組織化膜における一部の相を除去することにより、パターンを形成することができる。
Hereinafter, embodiments of the pattern forming composition, pattern forming method, and block copolymer of the present invention will be described in detail.
<Pattern forming composition>
Self-organized (Directed Self Assembly) refers to a phenomenon of spontaneously constructing an organization or structure, not only due to control from an external factor. In the present invention, a film having a phase separation structure by self-organization (self-assembled film) is formed by applying a pattern forming composition on a substrate, and a part of the phases in the self-assembled film is formed. By removing, a pattern can be formed.

本発明のパターン形成用組成物は、[A]上記式(1)で表される構造(以下、「構造(1)」ともいう)を有するブロック共重合体、及び[B]有機溶剤を含有することを特徴とする。当該パターン形成用組成物は、十分に微細なミクロドメイン構造を有するパターンを形成することができる。当該パターン形成用組成物は、[A]ブロック共重合体以外に、本発明の効果を損なわない限り、界面活性剤等の任意成分を含有していてもよい。以下、各成分について詳述する。

[[A]ブロック共重合体]
[A]ブロック共重合体は、構造(1)を有するブロック共重合体であり、本発明のブロック共重合体である。
The pattern forming composition of the present invention contains [A] a block copolymer having a structure represented by the above formula (1) (hereinafter also referred to as “structure (1)”), and [B] an organic solvent. It is characterized by doing. The pattern forming composition can form a pattern having a sufficiently fine microdomain structure. The pattern forming composition may contain an optional component such as a surfactant, in addition to the [A] block copolymer, as long as the effects of the present invention are not impaired. Hereinafter, each component will be described in detail.

[[A] block copolymer]
[A] The block copolymer is a block copolymer having the structure (1), and is the block copolymer of the present invention.

[A]ブロック共重合体は、二種のブロックを少なくとも含む複数のブロックが結合した構造を有する。上記ブロックのそれぞれは、原則として1種類の単量体由来の単位の連鎖構造を有する。このような複数のブロックを有する[A]ブロック共重合体を適切な溶媒に溶解させると、同じ種類のブロック同士が凝集し、同種のブロックからなる相を形成する。このとき異なる種類のブロックから形成される相同士は互いに混ざり合うことがないため、異種の相が周期的に交互に繰り返される秩序パターンを有する相分離構造を形成することが出来ると推察される。   [A] The block copolymer has a structure in which a plurality of blocks including at least two types of blocks are bonded. Each of the blocks basically has a chain structure of units derived from one kind of monomer. When the [A] block copolymer having such a plurality of blocks is dissolved in an appropriate solvent, the same type of blocks aggregate to form a phase composed of the same type of blocks. At this time, since phases formed from different types of blocks do not mix with each other, it is presumed that a phase separation structure having an ordered pattern in which different types of phases are alternately repeated can be formed.

[A]ブロック共重合体は、構造(1)のブロックのみを有するブロック共重合体であってもよいし、構造(1)に加えて、これら以外の他のブロックをさらに含んでいてもよい。   [A] The block copolymer may be a block copolymer having only the block of the structure (1), or may further contain other blocks in addition to the structure (1). .

これらの[A]ブロック共重合体としては、例えばジブロック共重合体、トリブロック共重合体、テトラブロック共重合体等が挙げられる。これらのうち、所望の微細なミクロドメイン構造を有するパターンを容易に形成できるという観点から、ジブロック共重合体及びトリブロック共重合体が好ましく、ジブロック共重合体がより好ましい。   Examples of these [A] block copolymers include diblock copolymers, triblock copolymers, and tetrablock copolymers. Among these, from the viewpoint that a pattern having a desired fine microdomain structure can be easily formed, a diblock copolymer and a triblock copolymer are preferable, and a diblock copolymer is more preferable.

上記式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6の1価の炭化水素基であり、水素原子がより好ましい。 The formula (1), R 1 and R 2 are each independently a monovalent hydrocarbon group having a hydrogen atom or 1 to 6 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom.

は、炭素数1〜6の1価の炭化水素基であり、エチル基がより好ましい。Rは、水素原子、メチル基、フッ素原子又はトリフルオロメチル基であり、水素原子又はメチル基がより好ましい。 R 3 is a monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and an ethyl group is more preferable. R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, a fluorine atom or a trifluoromethyl group, and more preferably a hydrogen atom or a methyl group.

は水酸基又は1価の有機基であり、例えば、カルボキシル基、シアノ基、炭素数1〜20の炭化水素基等が挙げられる。炭素数1〜20の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基等のアルキル基;エテニル基、2−プロペニル基、3−ブテニル基、4−ペンテニル基、5−ヘキセニル基、7−オクテニル基等のアルケニル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、ナフチル基等のアリール基等が挙げられる。この中でも、アルキル基、アルケニル基が好ましい。 R 5 is a hydroxyl group or a monovalent organic group, and examples thereof include a carboxyl group, a cyano group, and a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. Examples of the hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include alkyl groups such as methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, and t-butyl group; ethenyl group, 2-propenyl group, Alkenyl groups such as 3-butenyl group, 4-pentenyl group, 5-hexenyl group and 7-octenyl group; cycloalkyl groups such as cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group and cyclohexyl group; aryl such as phenyl group and naphthyl group Groups and the like. Among these, an alkyl group and an alkenyl group are preferable.

Xは2価の結合基であり、後述する二官能性開始剤のハロゲン基部分を除いた部分構造である。具体的には、−CO−C(CH−で表される基が好ましい。 X is a divalent linking group and has a partial structure excluding the halogen group portion of the bifunctional initiator described later. Specifically, a group represented by —CO—C (CH 3 ) 2 — is preferable.

また、a及びbは、それぞれ独立に、10〜5000であり、cは0〜5、好ましくは0又は1、さらに好ましくは0である。   A and b are each independently 10 to 5,000, and c is 0 to 5, preferably 0 or 1, and more preferably 0.

構造(1)の好ましい具体例としては、スチレン系ブロックとオキサゾリン系ブロックとのジブロック構造が挙げられる。スチレン系ブロックの具体例としては、例えば、ポリスチレンブロック、ポリ(α−メチルスチレン)ブロック、ポリ(4−(7’−オクテニル)スチレン)ブロック、ポリイソプレンブロック等が挙げられ、中でもポリスチレンブロックが好ましい。オキサゾリン系ブロックとしては、エチルオキサゾリンブロック等のアルキルオキサゾリンブロックが好ましい。   A preferred specific example of the structure (1) includes a diblock structure of a styrene block and an oxazoline block. Specific examples of the styrenic block include a polystyrene block, a poly (α-methylstyrene) block, a poly (4- (7′-octenyl) styrene) block, a polyisoprene block, and the like. Among them, a polystyrene block is preferable. . The oxazoline block is preferably an alkyl oxazoline block such as an ethyl oxazoline block.

上記構造(1)以外の他のブロックとしては、例えば、ポリ(メタ)アクリル系ブロック、ポリビニルアセタール系ブロック、ポリウレタン系ブロック、ポリウレア系ブロック、ポリイミド系ブロック、ポリアミド系ブロック、エポキシ系ブロック、ノボラック型フェノールブロック、ポリエステル系ブロック等が挙げられる。[A]ブロック共重合体における他のブロックの割合としては、共重合体中の全構造単位に対して10モル%以下であることが好ましい。   Other blocks than the above structure (1) include, for example, poly (meth) acrylic blocks, polyvinyl acetal blocks, polyurethane blocks, polyurea blocks, polyimide blocks, polyamide blocks, epoxy blocks, and novolak types. Examples include phenol blocks and polyester blocks. [A] The proportion of other blocks in the block copolymer is preferably 10 mol% or less with respect to all structural units in the copolymer.

[A]ブロック共重合体は、必要に応じて、その重合末端を適切な末端処理剤で処理しても良い。主鎖の少なくとも一方の末端に、ヘテロ原子を含む基を有する構造を導入することにより、相分離がより起こり易くなるという利点がある。   [A] The block end of the block copolymer may be treated with an appropriate end treating agent as necessary. By introducing a structure having a group containing a hetero atom at at least one end of the main chain, there is an advantage that phase separation is more likely to occur.

上記ヘテロ原子を含む基(α)におけるヘテロ原子としては、特に限定されないが、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、スズ原子及びケイ素原子からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、酸素原子、窒素原子及び硫黄原子がより好ましく、酸素原子がさらに好ましい。
<[A]ブロック共重合体の合成方法>
[A]ブロック共重合体の合成方法としては、例えば、下記のような方法が用いられる。
Although it does not specifically limit as a hetero atom in group ((alpha)) containing the said hetero atom, It is at least 1 sort (s) selected from the group which consists of an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a phosphorus atom, a tin atom, and a silicon atom. Are preferred, oxygen atoms, nitrogen atoms and sulfur atoms are more preferred, and oxygen atoms are still more preferred.
<[A] Synthesis method of block copolymer>
[A] As a method for synthesizing the block copolymer, for example, the following method is used.

すなわち、まずカチオン開環重合(CROP:Cationic Ring−Opening Polymerization)でオキサゾリン系ブロックを重合し、その後、原子移動ラジカル重合(ATRP:Atom Transfer Radical Polymerization)でスチレン系ブロックを連続的に重合する。   That is, first, an oxazoline block is polymerized by cationic ring-opening polymerization (CROP), and then a styrene block is continuously polymerized by atom transfer radical polymerization (ATRP).

カチオン開環重合に用いられる開始剤としては、二官能性重合開始剤が好ましく、具体的には、一分子中に塩素原子、臭素原子又は沃素原子で置換された水素原子を二つ有する、ケトン化合物、エーテル化合物、エステル化合物等が挙げられる。好ましい開始剤としては、2−ブロモ−2−イソプロパノールブロミド等が挙げられる。そのほか、助触媒として沃化ナトリウム等のルイス酸を添加してもよい。   As the initiator used for the cationic ring-opening polymerization, a bifunctional polymerization initiator is preferable, and specifically, a ketone having two hydrogen atoms substituted by chlorine, bromine or iodine atoms in one molecule. A compound, an ether compound, an ester compound, etc. are mentioned. Preferable initiators include 2-bromo-2-isopropanol bromide. In addition, a Lewis acid such as sodium iodide may be added as a cocatalyst.

上述した方法により得られた[A]ブロック共重合体は、再沈殿法により回収することが好ましい。すなわち、反応終了後、反応液を再沈溶媒に投入することにより、目的の共重合体を粉体として回収する。再沈溶媒としては、アルコール類やアルカン類等を単独で又は2種以上を混合して使用することができる。再沈殿法の他に、分液操作やカラム操作、限外ろ過操作等により、単量体、オリゴマー等の低分子成分を除去して、重合体を回収することもできる。   The [A] block copolymer obtained by the above-described method is preferably recovered by a reprecipitation method. That is, after completion of the reaction, the target copolymer is recovered as a powder by introducing the reaction solution into a reprecipitation solvent. As the reprecipitation solvent, alcohols or alkanes can be used alone or in admixture of two or more. In addition to the reprecipitation method, the polymer can be recovered by removing low-molecular components such as monomers and oligomers by a liquid separation operation, a column operation, an ultrafiltration operation, or the like.

[A]ブロック共重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による重量平均分子量(Mw)としては、2,000〜150,000が好ましく、3,000〜120,000がより好ましく、4,000〜100,000がさらに好ましい。[A]ブロック共重合体のMwを上記特定範囲とすることで、当該パターン形成用組成物は、より微細なミクロドメイン構造を有するパターンを形成することができる。   [A] The weight average molecular weight (Mw) of the block copolymer by gel permeation chromatography (GPC) is preferably 2,000 to 150,000, more preferably 3,000 to 120,000, and 4,000. More preferred is ~ 100,000. [A] By making Mw of a block copolymer into the said specific range, the said composition for pattern formation can form the pattern which has a finer micro domain structure.

[A]ブロック共重合体のMwと数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)としては、通常1〜5であり、1〜3が好ましく、1〜2がより好ましく、1〜1.5がさらに好ましく、1〜1.2が特に好ましい。Mw/Mnをこのような特定範囲とすることで、当該パターン形成用組成物は、より微細で良好なミクロドメイン構造を有するパターンを形成することができる。   [A] The ratio (Mw / Mn) of Mw and number average molecular weight (Mn) of the block copolymer is usually 1 to 5, preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2, and 1 to 1. .5 is more preferable, and 1 to 1.2 is particularly preferable. By making Mw / Mn into such a specific range, the pattern forming composition can form a pattern having a finer and better microdomain structure.

なお、Mw及びMnは、GPCカラム(G2000HXL 2本、G3000HXL 1本、G4000HXL 1本、以上東ソー社製)を用い、流量1.0mL/分、溶出溶媒テトラヒドロフラン、試料濃度1.0質量%、試料注入量100μL、カラム温度40℃の分析条件で、検出器として示差屈折計を使用し、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
[[B]有機溶剤]
当該パターン形成用組成物は、有機溶剤を含有する。上記有機溶剤としては、例えば、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤、ケトン系有機溶剤、アミド系溶剤、エステル系有機溶剤、炭化水素系溶剤等が挙げられる。
Mw and Mn are GPC columns (2 G2000HXL, 1 G3000HXL, 1 G4000HXL, manufactured by Tosoh Corporation), flow rate 1.0 mL / min, elution solvent tetrahydrofuran, sample concentration 1.0 mass%, sample Measurement was performed by gel permeation chromatography (GPC) using monodisperse polystyrene as a standard, using a differential refractometer as a detector under the analysis conditions of an injection amount of 100 μL and a column temperature of 40 ° C.
[[B] Organic solvent]
The pattern forming composition contains an organic solvent. Examples of the organic solvent include alcohol solvents, ether solvents, ketone organic solvents, amide solvents, ester organic solvents, hydrocarbon solvents, and the like.

アルコール系溶剤としては、例えば
4−メチル−2−ペンタノール、n−ヘキサノール等の炭素数1〜18の脂肪族モノアルコール系溶剤;
シクロヘキサノール等の炭素数3〜18の脂環式モノアルコール系溶剤;
1,2−プロピレングリコール等の炭素数2〜18の多価アルコール系溶剤;
プロピレングリコールモノメチルエーテル等の炭素数3〜19の多価アルコール部分エーテル系溶剤等が挙げられる。
Examples of the alcohol solvent include aliphatic monoalcohol solvents having 1 to 18 carbon atoms such as 4-methyl-2-pentanol and n-hexanol;
C3-C18 alicyclic monoalcohol solvents such as cyclohexanol;
A C2-C18 polyhydric alcohol solvent such as 1,2-propylene glycol;
Examples thereof include C3-C19 polyhydric alcohol partial ether solvents such as propylene glycol monomethyl ether.

エーテル系溶剤としては、例えば
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジペンチルエーテル、ジイソアミルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジヘプチルエーテル等のジアルキルエーテル系溶剤;
テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等の環状エーテル系溶剤;
ジフェニルエーテル、アニソール等の芳香環含有エーテル系溶剤等が挙げられる。
Examples of ether solvents include dialkyl ether solvents such as diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, dipentyl ether, diisoamyl ether, dihexyl ether, and diheptyl ether;
Cyclic ether solvents such as tetrahydrofuran and tetrahydropyran;
And aromatic ring-containing ether solvents such as diphenyl ether and anisole.

ケトン系溶剤としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−iso−ブチルケトン、2−ヘプタノン、エチル−n−ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジ−iso−ブチルケトン、トリメチルノナノン等の鎖状ケトン系溶剤:
シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン等の環状ケトン系溶剤:
2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、アセトフェノン等が挙げられる。
Examples of ketone solvents include acetone, methyl ethyl ketone, methyl-n-propyl ketone, methyl-n-butyl ketone, diethyl ketone, methyl-iso-butyl ketone, 2-heptanone, ethyl-n-butyl ketone, methyl-n-hexyl ketone, Chain ketone solvents such as di-iso-butyl ketone and trimethylnonanone:
Cyclic ketone solvents such as cyclopentanone, cyclohexanone, cycloheptanone, cyclooctanone and methylcyclohexanone:
2,4-pentanedione, acetonylacetone, acetophenone and the like can be mentioned.

アミド系溶剤としては、例えばN,N’−ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルピロリドン等の環状アミド系溶剤;
N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド等の鎖状アミド系溶剤等が挙げられる。
Examples of the amide solvent include cyclic amide solvents such as N, N′-dimethylimidazolidinone and N-methylpyrrolidone;
Examples thereof include chain amide solvents such as N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, and N-methylpropionamide.

エステル系溶剤としては、例えば
酢酸n−ブチル、乳酸エチル等のモノカルボン酸エステル系溶剤;
プロピレングリコールアセテート等の多価アルコールカルボキシレート系溶剤;
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶剤;
シュウ酸ジエチル等の多価カルボン酸ジエステル系溶剤;
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート系溶剤が挙げられる。
Examples of the ester solvent include monocarboxylic acid ester solvents such as n-butyl acetate and ethyl lactate;
Polyhydric alcohol carboxylate solvents such as propylene glycol acetate;
Polyhydric alcohol partial ether carboxylate solvents such as propylene glycol monomethyl ether acetate;
Polycarboxylic acid diester solvents such as diethyl oxalate;
Examples include carbonate solvents such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate.

炭化水素系溶剤としては、例えば
n−ペンタン、n−ヘキサン等の炭素数5〜12の脂肪族炭化水素系溶剤;
トルエン、キシレン等の炭素数6〜16の芳香族炭化水素系溶剤等が挙げられる。
Examples of the hydrocarbon solvent include aliphatic hydrocarbon solvents having 5 to 12 carbon atoms such as n-pentane and n-hexane;
Examples thereof include aromatic hydrocarbon solvents having 6 to 16 carbon atoms such as toluene and xylene.

これらのうちプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートが好ましい。なお、これらの溶剤は単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。
[界面活性剤]
当該パターン形成用組成物は、さらに界面活性剤を含有してもよい。当該パターン形成用組成物が界面活性剤を含有することで、基板等への塗布性を向上させることができる。
<当該パターン形成用組成物の調製方法>
当該パターン形成用組成物は、例えば上記溶剤中で、[A]ブロック共重合体、界面活性剤等を所定の割合で混合することにより調製できる。
<パターン形成方法>
本発明のパターン形成方法は、
(1)本発明のパターン形成用組成物を用い、基板上に相分離構造を有する自己組織化膜を形成する工程、及び
(2)上記自己組織化膜の一部の相を除去する工程
を含むパターン形成方法である。
Of these, propylene glycol monomethyl ether acetate is preferred. In addition, these solvents may be used independently and may use 2 or more types together.
[Surfactant]
The pattern forming composition may further contain a surfactant. The application | coating property to a board | substrate etc. can be improved because the said composition for pattern formation contains surfactant.
<Preparation method of the pattern forming composition>
The pattern forming composition can be prepared, for example, by mixing [A] block copolymer, surfactant and the like at a predetermined ratio in the solvent.
<Pattern formation method>
The pattern forming method of the present invention comprises:
(1) A step of forming a self-assembled film having a phase separation structure on a substrate using the pattern forming composition of the present invention, and (2) a step of removing a part of the phase of the self-assembled film. It is the pattern formation method containing.

また、上記(1)工程前に、(0−1)基板上に下層膜を形成する工程、及び(0−2)上記下層膜上にプレパターンを形成する工程をさらに有し、上記(1)工程において、自己組織化膜を上記プレパターンによって区切られた上記下層膜上の領域に形成し、上記(1)工程後に、(2’)プレパターンを除去する工程を有することが好ましい。   Further, before the step (1), the method further includes (0-1) a step of forming a lower layer film on the substrate, and (0-2) a step of forming a pre-pattern on the lower layer film. ) Step, it is preferable to form a self-assembled film in the region on the lower layer film delimited by the pre-pattern, and (2 ′) the step of removing the pre-pattern after the step (1).

さらに、上記(2)工程後に、(3)上記形成されたパターンをマスクとして、上記基板をエッチングする工程をさらに有することが好ましい。以下、各工程について詳述する。なお、各工程については、図1〜5を参照しながら説明する。
[(0−1)工程]
本工程は、下層膜形成用組成物を用いて、基板上に下層膜を形成する工程である。これにより、図1に示すように、基板101上に下層膜102が形成された下層膜付き基板を得ることができ、自己組織化膜はこの下層膜102上に形成される。上記自己組織化膜が有する相分離構造(ミクロドメイン構造)は、パターン形成用組成物が含有する[A]ブロック共重合体の各ブロック間の相互作用に加えて、下層膜102との相互作用によっても変化するため、下層膜102を有することで構造制御が容易となり、所望のパターンを得ることができる。さらに、自己組織化膜が薄膜である場合には、下層膜102を有することでその転写プロセスを改善することができる。
Further, after the step (2), it is preferable to further include (3) a step of etching the substrate using the formed pattern as a mask. Hereinafter, each process is explained in full detail. Each process will be described with reference to FIGS.
[(0-1) Step]
This step is a step of forming a lower layer film on the substrate using the lower layer film forming composition. Thereby, as shown in FIG. 1, a substrate with a lower layer film in which the lower layer film 102 is formed on the substrate 101 can be obtained, and the self-assembled film is formed on the lower layer film 102. The phase-separated structure (microdomain structure) of the self-assembled film has an interaction with the lower layer film 102 in addition to the interaction between the blocks of the [A] block copolymer contained in the pattern forming composition. Therefore, the structure control is facilitated by providing the lower layer film 102, and a desired pattern can be obtained. Further, when the self-assembled film is a thin film, the transfer process can be improved by having the lower layer film 102.

上記基板101としては、例えばシリコンウェハ、アルミニウムで被覆されたウェハ等の従来公知の基板を使用できる。   As the substrate 101, a conventionally known substrate such as a silicon wafer or a wafer coated with aluminum can be used.

また、上記下層膜形成用組成物としては、従来公知の有機下層膜形成材料を用いることができる。   Moreover, conventionally well-known organic underlayer film forming material can be used as said composition for lower layer film formation.

上記下層膜102の形成方法は特に限定されないが、例えば、基板101上にスピンコート法等の公知の方法により塗布して形成された塗膜を、露光及び/又は加熱することにより硬化して形成することができる。この露光に用いられる放射線としては、例えば可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、電子線、γ線、分子線、イオンビーム等が挙げられる。
また、塗膜を加熱する際の温度は、特に限定されないが、90〜550℃であることが好ましく、90〜450℃がより好ましく、90〜300℃がさらに好ましい。なお、上記下層膜102の膜厚は特に限定されないが、50〜20,000nmが好ましく、70〜1,000nmがより好ましい。また、上記下層膜102は、SOC(Spin on carbon)膜を含むことが好ましい。
[(0−2)工程]
本工程は、図2に示すように、上記下層膜102上に、プレパターン形成用の組成物を用いてプレパターン103を形成する工程である。上記プレパターン103によってパターン形成用組成物の相分離によって得られるパターン形状が制御され、所望の微細パターンを形成することができる。即ち、パターン形成用組成物が含有する[A]ブロック共重合体が有するブロックのうち、プレパターンの側面と親和性が高いブロックはプレパターンに沿って相を形成し、親和性の低いブロックはプレパターンから離れた位置に相を形成する。これにより所望のパターンを形成することができる。また、プレパターンの材質、サイズ、形状等により、パターン形成用組成物の相分離によって得られるパターンの構造を細かく制御することができる。なお、プレパターンとしては、最終的に形成したいパターンに合わせて適宜選択することができ、例えばラインアンドスペースパターン、ホールパターン等を用いることができる。
The formation method of the lower layer film 102 is not particularly limited. For example, a coating film formed by applying a known method such as a spin coating method on the substrate 101 is cured by exposure and / or heating. can do. Examples of radiation used for this exposure include visible light, ultraviolet light, far ultraviolet light, X-rays, electron beams, γ-rays, molecular beams, and ion beams.
Moreover, the temperature at the time of heating a coating film is although it does not specifically limit, It is preferable that it is 90-550 degreeC, 90-450 degreeC is more preferable, and 90-300 degreeC is further more preferable. The thickness of the lower layer film 102 is not particularly limited, but is preferably 50 to 20,000 nm, and more preferably 70 to 1,000 nm. The lower layer film 102 preferably includes an SOC (Spin on carbon) film.
[(0-2) Step]
In this step, as shown in FIG. 2, a prepattern 103 is formed on the lower layer film 102 using a composition for forming a prepattern. The pattern shape obtained by the phase separation of the pattern forming composition is controlled by the pre-pattern 103, and a desired fine pattern can be formed. That is, among the blocks of the [A] block copolymer contained in the pattern forming composition, the block having high affinity with the side surface of the prepattern forms a phase along the prepattern, and the block having low affinity is A phase is formed at a position away from the pre-pattern. Thereby, a desired pattern can be formed. Moreover, the structure of the pattern obtained by the phase separation of the pattern forming composition can be finely controlled by the material, size, shape and the like of the prepattern. The pre-pattern can be appropriately selected according to the pattern to be finally formed. For example, a line and space pattern, a hole pattern, or the like can be used.

上記プレパターン103の形成方法としては、公知のレジストパターン形成方法と同様の方法を用いることができる。また、上記プレパターン形成用の組成物としては、従来のレジスト膜形成用組成物を用いることができる。具体的なプレパターン103の形成方法としては、例えば、ARX2928JN(JSR社製)等の化学増幅型レジスト組成物を用い、上記下層膜102上に塗布してレジスト膜を形成する。次に、上記レジスト膜の所望の領域に特定パターンのマスクを介して放射線を照射し、露光を行う。上記放射線としては、例えば、紫外線、遠紫外線、X線、荷電粒子線等が挙げられる。これらのうち、ArFエキシマレーザーやKrFエキシマレーザーに代表される遠紫外線が好ましく、ArFエキシマレーザーがより好ましい。また、露光方法としては液浸露光を行うこともできる。次いでポストエクスポージャーベーク(PEB)を行い、アルカリ現像液、有機溶剤等の現像液を用いて現像を行い、所望のプレパターン103を形成することができる。   As a method for forming the pre-pattern 103, a method similar to a known resist pattern forming method can be used. Further, as the pre-pattern forming composition, a conventional resist film-forming composition can be used. As a specific method for forming the pre-pattern 103, for example, a chemically amplified resist composition such as ARX2928JN (manufactured by JSR) is used and applied onto the lower layer film 102 to form a resist film. Next, exposure is performed by irradiating a desired region of the resist film with radiation through a mask having a specific pattern. Examples of the radiation include ultraviolet rays, far ultraviolet rays, X-rays, and charged particle beams. Among these, far ultraviolet rays represented by ArF excimer laser and KrF excimer laser are preferable, and ArF excimer laser is more preferable. Moreover, immersion exposure can also be performed as an exposure method. Next, post-exposure baking (PEB) is performed, and development is performed using a developer such as an alkali developer or an organic solvent, so that a desired pre-pattern 103 can be formed.

なお、上記プレパターン103の表面を疎水化処理又は親水化処理してもよい。具体的な処理方法としては、水素プラズマに一定時間さらす水素化処理等が挙げられる。上記プレパターン103の表面の疎水性又は親水性を増長させることにより、パターン形成用組成物の自己組織化を促進することができる。
[(1)工程]
本工程は、パターン形成用組成物を用い、基板上に相分離構造を有する自己組織化膜を形成する工程である。上記下層膜及びプレパターンを用いない場合には、基板上に直接当該パターン形成用組成物を塗布して塗膜を形成し、相分離構造を備える自己組織化膜を形成する。また、上記下層膜及びプレパターンを用いる場合には、図3及び図4に示すように、パターン形成用組成物をプレパターン103によって挟まれた下層膜102上の領域に塗布して塗膜104を形成し、基板101上に形成された下層膜102上に、基板101に対して略垂直な界面を有する相分離構造を備える自己組織化膜105を形成する工程である。即ち、互いに不相溶な2種以上のブロックを有する[A]ブロック共重合体を含有するパターン形成用組成物を基板上に塗布し、アニーリング等を行うことで、同じ性質を有するブロック同士が集積して秩序パターンを自発的に形成する、いわゆる自己組織化を促進させることができる。これにより、海島構造、シリンダ構造、共連続構造、ラメラ構造等の相分離構造を有する自己組織化膜を形成することができるが、これらの相分離構造としては、基板101に対して略垂直な界面を有する相分離構造であることが好ましい。本工程において、当該パターン形成用組成物を用いることで、相分離が起こり易くなるため、より微細な相分離構造(ミクロドメイン構造)を形成することができる。
Note that the surface of the pre-pattern 103 may be subjected to a hydrophobic treatment or a hydrophilic treatment. As a specific treatment method, a hydrogenation treatment by exposing to hydrogen plasma for a certain period of time can be cited. By increasing the hydrophobicity or hydrophilicity of the surface of the pre-pattern 103, self-organization of the pattern forming composition can be promoted.
[(1) Process]
This step is a step of forming a self-assembled film having a phase separation structure on a substrate using the pattern forming composition. When the lower layer film and the prepattern are not used, the pattern forming composition is directly applied onto the substrate to form a coating film, and a self-assembled film having a phase separation structure is formed. When the lower layer film and the prepattern are used, as shown in FIGS. 3 and 4, the pattern forming composition is applied to a region on the lower layer film 102 sandwiched between the prepatterns 103 to apply the coating film 104. And a self-assembled film 105 having a phase separation structure having an interface substantially perpendicular to the substrate 101 is formed on the lower layer film 102 formed on the substrate 101. That is, by applying a pattern forming composition containing a block copolymer [A] having two or more incompatible blocks to each other on a substrate and performing annealing or the like, blocks having the same properties can be obtained. It is possible to promote so-called self-organization that accumulates and spontaneously forms an ordered pattern. Thereby, a self-assembled film having a phase separation structure such as a sea-island structure, a cylinder structure, a bicontinuous structure, or a lamella structure can be formed. These phase separation structures are substantially perpendicular to the substrate 101. A phase separation structure having an interface is preferable. In this step, phase separation easily occurs by using the pattern forming composition, so that a finer phase separation structure (microdomain structure) can be formed.

プレパターンを有する場合、この相分離構造はプレパターンに沿って形成されることが好ましく、相分離により形成される界面は、プレパターンの側面と略平行であることがより好ましい。例えば、プレパターン103と[A]ブロック共重合体のスチレンブロックとの親和性が高い場合には、スチレンブロックの相がプレパターン103に沿って直線状に形成され(105b)、その隣にポリメタクリル酸メチルブロックの相(105a)及びスチレンブロックの相(105b)がこの順で交互に配列するラメラ状相分離構造等を形成する。なお、本工程において形成される相分離構造は、複数の相からなるものであり、これらの相から形成される界面は通常略垂直であるが、界面自体は必ずしも明確でなくてよい。また、[A]ブロック共重合体分子における各ブロック鎖(スチレンブロック鎖、ポリメタクリル酸メチルブロック鎖等)の長さの比、[A]ブロック共重合体分子の長さ、プレパターン、下層膜等により、得られる相分離構造を精密に制御し、所望の微細パターンを得ることができる。   In the case of having a pre-pattern, this phase separation structure is preferably formed along the pre-pattern, and the interface formed by phase separation is more preferably substantially parallel to the side surface of the pre-pattern. For example, when the affinity between the prepattern 103 and the styrene block of the [A] block copolymer is high, the phase of the styrene block is formed linearly along the prepattern 103 (105b), and the poly A lamellar phase separation structure or the like in which the phases (105a) of the methyl methacrylate block and the phases (105b) of the styrene block are alternately arranged in this order is formed. Note that the phase separation structure formed in this step is composed of a plurality of phases, and the interface formed from these phases is usually substantially vertical, but the interface itself is not necessarily clear. [A] ratio of length of each block chain (styrene block chain, polymethyl methacrylate block chain, etc.) in block copolymer molecule, [A] length of block copolymer molecule, pre-pattern, lower layer film Thus, the desired phase separation structure can be precisely controlled to obtain a desired fine pattern.

当該パターン形成用組成物を基板上に塗布して塗膜104を形成する方法は特に制限されないが、例えば使用される当該パターン形成用組成物をスピンコート法等によって塗布する方法等が挙げられる。これにより、当該パターン形成用組成物は、上記下層膜102上の上記プレパターン103間に充填される。   A method for forming the coating film 104 by applying the pattern forming composition on a substrate is not particularly limited, and examples thereof include a method of applying the pattern forming composition to be used by a spin coating method or the like. Thus, the pattern forming composition is filled between the prepatterns 103 on the lower layer film 102.

アニーリングの方法としては、例えばオーブン、ホットプレート等により80℃〜400℃の温度で加熱する方法等が挙げられる。アニーリングの時間としては、通常1分〜120分であり、5分〜90分が好ましい。これにより得られる自己組織化膜105の膜厚としては、0.1nm〜500nmが好ましく、0.5nm〜100nmがより好ましい。
[(2)工程]
本工程は、図4及び図5に示すように、上記自己組織化膜105が有する相分離構造のうちの一部のブロック相105aを除去する工程である。
自己組織化により相分離した各相のエッチングレートの差を用いて、ポリメタクリル酸メチルブロック相105aをエッチング処理により除去することができる。相分離構造のうちのポリメタクリル酸メチルブロック相105a及び後述するようにプレパターン103を除去した後の状態を図5に示す。なお、上記エッチング処理の前に、必要に応じて放射線を照射してもよい。上記放射線としては、エッチングにより除去する相がポリメタクリル酸メチルブロック相である場合には、254nmの放射線を用いることができる。上記放射線照射により、ポリメタクリル酸メチルブロック相が分解されるため、よりエッチングされ易くなる。
Examples of the annealing method include a method of heating at a temperature of 80 ° C. to 400 ° C. with an oven, a hot plate or the like. The annealing time is usually 1 minute to 120 minutes, preferably 5 minutes to 90 minutes. The film thickness of the self-assembled film 105 thus obtained is preferably 0.1 nm to 500 nm, and more preferably 0.5 nm to 100 nm.
[(2) Process]
This step is a step of removing a part of the block phase 105a in the phase separation structure of the self-assembled film 105 as shown in FIGS.
The polymethyl methacrylate block phase 105a can be removed by an etching process using the difference in etching rate between phases separated by self-assembly. FIG. 5 shows a state after the polymethyl methacrylate block phase 105a in the phase separation structure and the pre-pattern 103 are removed as will be described later. In addition, you may irradiate a radiation before the said etching process as needed. As the radiation, when the phase to be removed by etching is a polymethyl methacrylate block phase, radiation of 254 nm can be used. Since the polymethyl methacrylate block phase is decomposed by the radiation irradiation, etching becomes easier.

上記自己組織化膜105が有する相分離構造のうちのポリメタクリル酸メチルブロック相105aの除去の方法としては、例えばケミカルドライエッチング、ケミカルウェットエッチング等の反応性イオンエッチング(RIE);スパッタエッチング、イオンビームエッチング等の物理的エッチング等の公知の方法が挙げられる。これらのうち反応性イオンエッチング(RIE)が好ましく、これらのうち、CF、Oガス等を用いたケミカルドライエッチング、有機溶剤、フッ酸等の液体のエッチング溶液を用いたケミカルウェットエッチング(湿式現像)がより好ましい。上記有機溶剤としては、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン等のアルカン類、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン等のシクロアルカン類、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、プロピオン酸メチル等の飽和カルボン酸エステル類、アセトン、2−ブタノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン等のケトン類、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、4−メチル−2−ペンタノール等のアルコール類等が挙げられる。
なお、これらの溶剤は、単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。
[(2’)工程]
本工程は、図4及び図5に示すように、プレパターン103を除去する工程である。プレパターン103を除去することにより、より微細かつ複雑なパターンを形成することが可能となる。なお、プレパターン103の除去の方法については、相分離構造のうちの一部のブロック相105aの除去の方法の上記説明を適用できる。また、本工程は、上記(2)工程と同時に行ってもよいし、(2)工程の前又は後に行ってもよい。
[(3)工程]
本工程は、(2)工程後、残存した相分離膜の一部のブロック相であるポリスチレンブロック相105bからなるパターンをマスクとして、下層膜及び基板をエッチングすることによりパターニングする工程である。基板へのパターニングが完了した後、マスクとして使用された相は溶解処理等により基板上から除去され、最終的にパターニングされた基板(パターン)を得ることができる。上記エッチングの方法としては、(2)工程と同様の方法を用いることができ、エッチングガス及びエッチング溶液は、下層膜及び基板の材質により適宜選択することができる。例えば、基板がシリコン素材である場合には、フロン系ガスとSFの混合ガス等を用いることができる。また、基板が金属膜である場合には、BClとClの混合ガス等を用いることができる。なお、当該パターン形成方法により得られるパターンは半導体素子等に好適に用いられ、さらに上記半導体素子はLED、太陽電池等に広く用いられる。
As a method for removing the polymethyl methacrylate block phase 105a in the phase separation structure of the self-assembled film 105, for example, reactive ion etching (RIE) such as chemical dry etching or chemical wet etching; sputter etching, ion A known method such as physical etching such as beam etching may be used. Of these, reactive ion etching (RIE) is preferable, and among these, chemical dry etching using CF 4 , O 2 gas, etc., and chemical wet etching (wet type) using a liquid etching solution such as an organic solvent or hydrofluoric acid. Development) is more preferable. Examples of the organic solvent include alkanes such as n-pentane, n-hexane and n-heptane, cycloalkanes such as cyclohexane, cycloheptane and cyclooctane, ethyl acetate, n-butyl acetate, i-butyl acetate and propionic acid. Saturated carboxylic acid esters such as methyl, ketones such as acetone, 2-butanone, 4-methyl-2-pentanone, 2-heptanone, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 4-methyl-2-pen Examples thereof include alcohols such as tanol.
In addition, these solvents may be used independently and may use 2 or more types together.
[(2 ′) step]
This step is a step of removing the pre-pattern 103 as shown in FIGS. By removing the pre-pattern 103, a finer and more complicated pattern can be formed. As for the method of removing the pre-pattern 103, the above description of the method of removing a part of the block phases 105a in the phase separation structure can be applied. Moreover, this process may be performed simultaneously with the said (2) process, and may be performed before or after the (2) process.
[(3) Process]
This step is a step of patterning by etching the lower layer film and the substrate after the step (2), using a pattern made of the polystyrene block phase 105b, which is a part of the block phase of the remaining phase separation film, as a mask. After the patterning on the substrate is completed, the phase used as a mask is removed from the substrate by dissolution treatment or the like, and a finally patterned substrate (pattern) can be obtained. As the etching method, the same method as in step (2) can be used, and the etching gas and the etching solution can be appropriately selected depending on the material of the lower layer film and the substrate. For example, when the substrate is a silicon material, a mixed gas of chlorofluorocarbon gas and SF 4 or the like can be used. When the substrate is a metal film, a mixed gas of BCl 3 and Cl 2 or the like can be used. The pattern obtained by the pattern forming method is preferably used for a semiconductor element and the like, and the semiconductor element is widely used for an LED, a solar cell, and the like.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。各物性値の測定方法を下記に示す。
[重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)]
重合体のMw及びMnは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により東ソー社製のGPCカラム(G2000HXL 2本、G3000HXL 1本、G4000HXL 1本)を使用し、以下の条件により測定した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples. The measuring method of each physical property value is shown below.
[Weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn)]
Mw and Mn of the polymer were measured by gel permeation chromatography (GPC) using Tosoh GPC columns (2 G2000HXL, 1 G3000HXL, 1 G4000HXL) under the following conditions.

溶離液:テトラヒドロフラン(和光純薬工業社)
流量:1.0mL/分
試料濃度:1.0質量%
試料注入量:100μL
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
<[A]ブロック共重合体の合成>
合成例1
冷却管、温度計を備え、窒素フローした300mL三口フラスコへエチルオキサゾリン24mL(237.6mmol)、アセトニトリル100mL、α−ブロモイソブチルブロミド0.384mL(1.98mmol)を加え、140℃で1時間反応させた。得られた溶液は、クロロホルム50mLにて薄めて、ジエチルエーテル2000gヘ沈殿精製し、減圧乾燥させ、白色固体21.2gを得た。得られたポリマー(A−1)はMn: 11000、Mw/Mn: 1.10だった。
Eluent: Tetrahydrofuran (Wako Pure Chemical Industries)
Flow rate: 1.0 mL / min Sample concentration: 1.0% by mass
Sample injection volume: 100 μL
Detector: Differential refractometer Standard material: Monodisperse polystyrene <Synthesis of [A] block copolymer>
Synthesis example 1
To a 300 mL three-necked flask equipped with a condenser and a thermometer, 24 mL (237.6 mmol) of ethyloxazoline, 100 mL of acetonitrile, and 0.384 mL (1.98 mmol) of α-bromoisobutyl bromide were added, and reacted at 140 ° C. for 1 hour. It was. The resulting solution was diluted with 50 mL of chloroform, purified by precipitation into 2000 g of diethyl ether, and dried under reduced pressure to obtain 21.2 g of a white solid. The obtained polymer (A-1) was Mn: 11000 and Mw / Mn: 1.10.

次に窒素置換した100mL三口フラスコに0.067g(0.467mmol)臭化銅(I)、0.124mL(0.467mmol)トリス[2−(ジメチルアミノ)エチル]アミンを加え、金属錯体を調製し、アニソール25mL、スチレン10.7mL(93.4mmol)、マクロ開始剤(A−1)1.73g(0.467mmol)を加え30分間撹拌した後、80℃で6時間撹拌した。得られた重合溶液は、メタノール2000gヘ沈殿精製し、減圧乾燥させ白色固体9.6gを得た。得られたブロック共重合体(B−1)はMn: 22000、Mw/Mn: 1.18だった。
<パターン形成用組成物の調製>
得られたブロック共重合体(B−1)をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)へ溶解させ1.5質量%溶液とした。この溶液を孔径200nmのメンブランフィルターにて濾過して、パターン形成用自己組織化組成物(C−1)を調製した。
<パターン形成方法>
シリコンウェハ基板上に形成する自己組織化膜の膜厚が40nmになるようにパターン形成用組成物を塗布した後、250℃で10分間加熱して相分離させ、ミクロドメイン構造を有するフィンガープリントを形成させた。フィンガープリントパターンは、走査型電子顕微鏡(日立製作所社の「S−4800」)を用いて観察した。
Next, 0.067 g (0.467 mmol) copper (I) bromide and 0.124 mL (0.467 mmol) tris [2- (dimethylamino) ethyl] amine were added to a nitrogen-substituted 100 mL three-necked flask to prepare a metal complex. Then, 25 mL of anisole, 10.7 mL (93.4 mmol) of styrene and 1.73 g (0.467 mmol) of macroinitiator (A-1) were added and stirred for 30 minutes, and then stirred at 80 ° C. for 6 hours. The obtained polymerization solution was purified by precipitation into 2000 g of methanol and dried under reduced pressure to obtain 9.6 g of a white solid. The obtained block copolymer (B-1) was Mn: 22000, Mw / Mn: 1.18.
<Preparation of pattern forming composition>
The obtained block copolymer (B-1) was dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) to give a 1.5% by mass solution. This solution was filtered through a membrane filter having a pore size of 200 nm to prepare a self-assembling composition for pattern formation (C-1).
<Pattern formation method>
After applying the pattern forming composition so that the film thickness of the self-assembled film formed on the silicon wafer substrate is 40 nm, it is heated at 250 ° C. for 10 minutes to cause phase separation, and a fingerprint having a microdomain structure is formed. Formed. The fingerprint pattern was observed using a scanning electron microscope (“S-4800” manufactured by Hitachi, Ltd.).

本発明によると、十分に微細なミクロドメイン構造を有するパターンを形成することができるパターン形成用組成物及びこれを用いたパターン形成方法を提供することができる。従って、本発明のパターン形成用組成物、パターン形成方法及びブロック共重合体は、さらなる微細化が要求されている半導体デバイス、液晶デバイス等の各種電子デバイス製造におけるリソグラフィー工程に好適に用いられる。   According to the present invention, it is possible to provide a pattern forming composition capable of forming a pattern having a sufficiently fine microdomain structure and a pattern forming method using the same. Therefore, the composition for pattern formation, the pattern formation method, and the block copolymer of the present invention are suitably used in lithography processes in the production of various electronic devices such as semiconductor devices and liquid crystal devices that are required to be further miniaturized.

101.基板
102.下層膜
103.プレパターン
104.塗膜
105.自己組織化膜
105a.ポリオキサゾリン系ブロック相
105b.ポリスチレン系ブロック相

101. Substrate 102. Underlayer film 103. Pre-pattern 104. Coating film 105. Self-assembled film 105a. Polyoxazoline block phase 105b. Polystyrene block phase

Claims (3)

[A]下記式(1)で表される構造を有するブロック共重合体、及び
[B]有機溶剤
を含有することを特徴とする、パターン形成用組成物。

(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6の1価の炭化水素基であり、Rは、炭素数1〜6の1価の炭化水素基であり、Rは、水素原子、メチル基、フッ素原子又はトリフルオロメチル基であり、Rは水酸基又は1価の有機基であり、Xは2価の結合基であり、a及びbは、それぞれ独立に、10〜5000であり、cは0〜5である。)
[A] A pattern forming composition comprising a block copolymer having a structure represented by the following formula (1), and [B] an organic solvent.

(In Formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and R 3 is a monovalent carbon atom having 1 to 6 carbon atoms. A hydrogen group, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, a fluorine atom or a trifluoromethyl group, R 5 is a hydroxyl group or a monovalent organic group, X is a divalent linking group, a and b is 10-5000 each independently, and c is 0-5.)
(1)請求項1に記載のパターン形成用組成物を用い、基板面に対して相分離構造を有する自己組織化膜を形成する工程、及び
(2)上記自己組織化膜の一部の相を除去する工程
を含むパターン形成方法。
(1) a step of forming a self-assembled film having a phase separation structure on the substrate surface using the pattern forming composition according to claim 1; and (2) a part of the phase of the self-assembled film. The pattern formation method including the process of removing.
下記式(1)で表される構造を有するブロック共重合体。

(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6の1価の炭化水素基であり、Rは、炭素数1〜6の1価の炭化水素基であり、Rは、水素原子、メチル基、フッ素原子又はトリフルオロメチル基であり、Rは水酸基又は1価の有機基であり、Xは2価の結合基であり、a及びbは、それぞれ独立に、10〜5000であり、cは0〜5である。)
A block copolymer having a structure represented by the following formula (1).

(In Formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and R 3 is a monovalent carbon atom having 1 to 6 carbon atoms. A hydrogen group, R 4 is a hydrogen atom, a methyl group, a fluorine atom or a trifluoromethyl group, R 5 is a hydroxyl group or a monovalent organic group, X is a divalent linking group, a and b is 10-5000 each independently, and c is 0-5.)
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