JP2010250118A - Fine pattern forming method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming fine patterns which is made finer and has high dry etching resistance. <P>SOLUTION: The pattern forming method includes applying and curing a composition for fine pattern formation, having a silazane bond on surfaces of patterns formed on a substrate. A pretreatment composition, including a basic compound can be also applied prior to the application of the composition for fine pattern formation. By utilizing a cured layer of the composition for fine pattern formation formed by the method, other patterns being made finer can be formed. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体等の製造プロセスにおいて、レジストパターンを形成させる際、既に形成されたレジストパターンのピッチサイズまたはパターン開口サイズを縮小させる、微細パターン形成方法に関するものである。   The present invention relates to a fine pattern forming method for reducing the pitch size or pattern opening size of a resist pattern already formed when forming a resist pattern in a manufacturing process of a semiconductor or the like.

一般的な光リソグラフィー技術を用いて、より微細なパターンを形成するためには、露光装置の改良が必要である。特に、ピッチサイズが60nm以下のパターンを光リソグラフィー技術で形成させるためには、近年開発された液浸光リソグラフィーなどの特別な装置が必要であり、莫大な投資が必要となる。   In order to form a finer pattern using a general photolithography technique, it is necessary to improve the exposure apparatus. In particular, in order to form a pattern having a pitch size of 60 nm or less by an optical lithography technique, a special apparatus such as immersion optical lithography recently developed is required, and enormous investment is required.

このため、そのような高価な装置を用いることなく微細なパターンを得るための様々な技術が検討されている。その中で最も実用的な方法は、水溶性の樹脂および必要に応じて添加剤を含む組成物を用いて、形成済みのレジストパターン上に被覆層を形成させることにより、レジストパターンを微細化させるものである。この技術は、露光波長に関係なく光リソグラフィーの限界を超えた微細パターンの形成が可能である。このような技術は、まだ歴史が浅く、約10年前から実施されているものである。   For this reason, various techniques for obtaining a fine pattern without using such an expensive apparatus have been studied. The most practical method is to refine the resist pattern by forming a coating layer on the formed resist pattern using a composition containing a water-soluble resin and, if necessary, an additive. Is. This technique can form a fine pattern that exceeds the limit of photolithography regardless of the exposure wavelength. Such a technique has a short history and has been implemented for about 10 years.

例えば、
(1)レジストパターンを形成させた後、ミキシング生成用レジストを塗布し、ベークを行ってミキシング層を形成させ、微細パターン寸法に現像を行い、パターンを形成させる方法(特許文献1)、
(2)ポジ型フォトレジストのパターンを基板上に形成させ、次いで電磁放射線を一様に照射した後に、水性塗料を均一に塗布すること、およびポジ型フォトレジストをアルカリ性の水溶液によって溶解剥離(リフトオフ)することによって水性塗料の微細なパターンを形成させる方法(特許文献2)、
(3)露光により酸を発生する材料を含むレジストパターンの上を、酸の存在下で架橋する材料を含むレジストで覆い、加熱または露光によりレジストパターン中に酸を発生させ、界面に生じた架橋層をレジストパターンの被覆層として形成させ、レジストパターンを太らせ、レジストパターンのホール径または分離幅の縮小が達成される方法(特許文献3)、
(4)少なくとも1個のイミノ基の水素原子がヒドロキシアルキル基で置換されたグリコールラウリルの中から選ばれた完全水溶性架橋剤、および水溶性樹脂を水系媒体に溶解して、微細パターン形成材料とすると共に、基板上に酸発生剤を含む化学増幅型レジストを用いてレジストパターンを形成させたのち、この上に前記微細パターン形成材料からなる塗膜を設け、加熱処理してレジストパターンと塗膜との界面に水不溶性の反応層を形成させ、次いで水系溶剤により塗膜の非反応部分を除去することにより、微細パターンを形成させる方法(特許文献4)、
(5)レジストパターンの表層部に酸の存在により架橋する架橋剤と膨潤促進剤とを含む薬液を浸透させて表層部を膨潤させ、レジストパターンの膨潤した表層部に架橋膜を形成させて第2のレジストパターンを形成させる方法(特許文献5)、
(6)酸成分を含む第1の上層膜でレジストパターンを覆い、さらにその上に塩基性成分を含む第2の上層膜を形成させた後、熱処理により酸成分を第1のレジストパターン中に、塩基性成分を第1の上層膜中にそれぞれ拡散させて、レジストパターン中に溶解化層を形成させながら第1の上層膜と第2の上層膜との界面近傍で酸成分を塩基性成分により中和させて、溶解化層を除去してパターン幅を縮小させる方法(特許文献6)、
(7)基板上に形成されたレジストパターンの全面又は一部に、(メタ)アクリル酸モノマーと水溶性ビニルモノマーとからなるコポリマーを含むレジストパターン微細化用被覆形成剤を塗布し、さらに加熱することによって、レジストパターンを熱収縮させてパターンを微細化させる方法(特許文献7)、
(8)界面活性剤含有液を塗布した後、樹脂および界面活性剤を含有するレジストパターン厚肉化材料を塗布するレジストパターンの形成方法(特許文献8)
などが提案されている。
For example,
(1) A method of forming a resist pattern, then applying a mixing generation resist, baking to form a mixing layer, developing to a fine pattern dimension, and forming a pattern (Patent Document 1),
(2) A positive photoresist pattern is formed on a substrate and then uniformly irradiated with electromagnetic radiation, and then a water-based paint is uniformly applied, and the positive photoresist is dissolved and peeled off with an alkaline aqueous solution (lift-off). ) To form a fine pattern of water-based paint (Patent Document 2),
(3) The resist pattern containing a material that generates an acid upon exposure is covered with a resist containing a material that crosslinks in the presence of the acid, and an acid is generated in the resist pattern by heating or exposure to cause crosslinking at the interface. A method in which a layer is formed as a coating layer of a resist pattern, the resist pattern is thickened, and a reduction in the hole diameter or separation width of the resist pattern is achieved (Patent Document 3),
(4) A fine pattern forming material obtained by dissolving a completely water-soluble crosslinking agent selected from glycol lauryl in which at least one imino group hydrogen atom is substituted with a hydroxyalkyl group, and a water-soluble resin in an aqueous medium. In addition, after forming a resist pattern on the substrate using a chemically amplified resist containing an acid generator, a coating film made of the fine pattern forming material is provided on the resist pattern, and heat treatment is performed to coat the resist pattern and the resist pattern. A method of forming a fine pattern by forming a water-insoluble reaction layer at the interface with the film and then removing the non-reacted portion of the coating film with an aqueous solvent (Patent Document 4),
(5) The surface layer portion of the resist pattern is infiltrated with a chemical solution containing a crosslinking agent that crosslinks due to the presence of an acid and a swelling accelerator to swell the surface layer portion, and a crosslinked film is formed on the swollen surface layer portion of the resist pattern. A method of forming a resist pattern 2 (Patent Document 5),
(6) A resist pattern is covered with a first upper layer film containing an acid component, and a second upper layer film containing a basic component is further formed thereon, and then the acid component is put into the first resist pattern by heat treatment. The basic component is diffused into the first upper layer film to form a solubilized layer in the resist pattern, while the acid component is formed in the vicinity of the interface between the first upper layer film and the second upper layer film. A method of reducing the pattern width by removing the solubilized layer (Patent Document 6),
(7) A resist pattern refinement coating forming agent containing a copolymer of (meth) acrylic acid monomer and water-soluble vinyl monomer is applied to the entire surface or a part of the resist pattern formed on the substrate, and further heated. A method for making the pattern finer by thermally shrinking the resist pattern (Patent Document 7),
(8) A resist pattern forming method in which a resist pattern thickening material containing a resin and a surfactant is applied after applying the surfactant-containing liquid (Patent Document 8)
Etc. have been proposed.

これらの方法は、概ね光リソグラフィーの分解限界を超えた微細パターンを簡単に形成することができる。しかしながら、これらの方法でパターン表面に形成された被膜は、一般に有機物質から形成されているためにエッチング耐性に劣る傾向があった。   These methods can easily form a fine pattern that generally exceeds the resolution limit of photolithography. However, since the coating film formed on the pattern surface by these methods is generally formed of an organic substance, it tends to have poor etching resistance.

特開平5−166717号公報JP-A-5-166717 特開平7−191214号公報JP-A-7-191214 特開平10−73927号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-73927 特開2000−267268号公報JP 2000-267268 A 特開2001−100428号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-1000042 特開2002−6512号公報JP 2002-6512 A 特開2003−84459号公報JP 2003-84459 A 特開2004−191465号公報JP 2004-191465 A

前記のようにパターンを微細化させる方法において、パターン表面に形成された被膜のエッチング耐性を改良するためには被膜を無機材料で形成させることが考えられる。本発明者らの検討によれば、その被膜をポリシラザン組成物に由来するシリカ質材料で形成させることによりエッチング耐性を改良することができることが見出され、本発明が完成された。そして、本発明は、単にポリシラザンの組成物を用いるだけではなく、より厚い被膜を形成させて、より微細なパターンを形成させることができ、かつドライエッチング耐性をさらに改良できる方法を提供しようとするものである。   In the method of making a pattern fine as described above, in order to improve the etching resistance of a film formed on the pattern surface, it is conceivable to form the film with an inorganic material. According to the study by the present inventors, it was found that the etching resistance can be improved by forming the coating film with a siliceous material derived from the polysilazane composition, and the present invention has been completed. The present invention intends to provide a method capable of forming a thicker film, forming a finer pattern, and further improving dry etching resistance, not only using a polysilazane composition. Is.

本発明の一実施態様による微細パターン形成方法は、
基板の表面上に、凸部を有する第一の凸パターンを形成させる工程、
前記第一の凸パターン上にシラザン結合を有する繰返し単位を含んでなる樹脂と、前記樹脂を溶解し、かつ前記凸パターンを溶解しない溶剤とを含んでなる樹脂組成物を塗布する塗布工程、
前記塗布工程後の基板を加熱して、前記凸部に隣接した部分に存在する前記樹脂組成物を硬化させる硬化工程、
前記硬化工程後の基板をリンス処理して未硬化の樹脂組成物を除去する工程、および
前記凸部の上側表面に形成された硬化層を除去することにより、前記凸部の側壁に前記第一の凸パターンを構成する物質とは異種の物質からなる層を形成させる工程
を含んでなることを特徴とするものである。
A fine pattern forming method according to an embodiment of the present invention includes:
Forming a first convex pattern having convex portions on the surface of the substrate;
An application step of applying a resin composition comprising a resin comprising a repeating unit having a silazane bond on the first convex pattern, and a solvent that dissolves the resin and does not dissolve the convex pattern,
A curing step of heating the substrate after the coating step and curing the resin composition present in a portion adjacent to the convex portion;
The step of rinsing the substrate after the curing step to remove the uncured resin composition, and removing the cured layer formed on the upper surface of the convex portion, the first on the side wall of the convex portion The substance constituting the convex pattern includes a step of forming a layer made of a different kind of substance.

本発明の別の実施態様による微細パターン形成方法は、
基板の表面上に、凸部を有する第一の凸パターンを形成させる工程、
前記第一の凸パターン上に、塩基性化合物を含んでなる前処理組成物を塗布する前処理工程、
前記第一の凸パターン上にシラザン結合を有する繰返し単位を含んでなる樹脂を含んでなる樹脂組成物を塗布する塗布工程、
前記塗布工程後の基板を加熱して、前記凸部に隣接した部分に存在する前記樹脂組成物を硬化させる硬化工程、
前記硬化工程後の基板をリンス処理して未硬化の樹脂組成物を除去する工程、
前記凸部の上側表面に形成された硬化層を除去することにより、前記凸部の側壁に前記第一の凸パターンを構成する物質とは異種の物質からなる層を形成させる工程、および
前記凸部を除去することにより、前記の異種の物質からなる微細な第二の凸パターンを形成させる工程
を含んでなることを特徴とするものである。
A fine pattern forming method according to another embodiment of the present invention includes:
Forming a first convex pattern having convex portions on the surface of the substrate;
A pretreatment step of applying a pretreatment composition comprising a basic compound on the first convex pattern;
An application step of applying a resin composition comprising a resin comprising a repeating unit having a silazane bond on the first convex pattern;
A curing step of heating the substrate after the coating step and curing the resin composition present in a portion adjacent to the convex portion;
Removing the uncured resin composition by rinsing the substrate after the curing step;
Removing the hardened layer formed on the upper surface of the convex part to form a layer made of a substance different from the substance constituting the first convex pattern on the side wall of the convex part; and It is characterized in that it includes a step of forming a fine second convex pattern made of the different kind of material by removing the portion.

本発明のさらに別の実施態様による微細パターン形成方法は、
基板の表面上に、凸部を有する第一の凸パターンを形成させる工程、
前記第一の凸パターン上に、塩基性化合物を含んでなる前処理組成物を塗布する工程
前記第一の凸パターン上にシラザン結合を有する繰返し単位を含んでなる樹脂を含んでなる樹脂組成物を塗布する塗布工程、
前記塗布工程後の基板を加熱して、前記凸部に隣接した部分に存在する前記樹脂組成物を硬化させる硬化工程、
前記硬化工程後の基板をリンス処理して未硬化の樹脂組成物を除去する工程、
前記凸部の上側表面に形成された硬化層を除去することにより、前記凸部の側壁に前記第一の凸パターンを構成する物質とは異種の物質からなる層を形成させる工程、
前記第一の凸パターンと同等の材質をスペース部に対して埋め込み、第一の凸パターンに対する補填パターンを形成させる工程、および
前記異種の物質からなる層を除去する事により、前記第一の凸パターンと前記第一の凸パターンに対する補填パターンとからなる、微細パターンを形成させる工程
を含んでなることを特徴とするものである。
A fine pattern forming method according to still another embodiment of the present invention includes:
Forming a first convex pattern having convex portions on the surface of the substrate;
A step of applying a pretreatment composition comprising a basic compound on the first convex pattern. A resin composition comprising a resin comprising a repeating unit having a silazane bond on the first convex pattern. Coating process to apply,
A curing step of heating the substrate after the coating step and curing the resin composition present in a portion adjacent to the convex portion;
Removing the uncured resin composition by rinsing the substrate after the curing step;
Removing a hardened layer formed on the upper surface of the convex part to form a layer made of a substance different from the substance constituting the first convex pattern on the side wall of the convex part;
The step of embedding a material equivalent to the first convex pattern in the space portion to form a compensation pattern for the first convex pattern, and removing the layer made of the different kind of substance, The method includes a step of forming a fine pattern including a pattern and a compensation pattern for the first convex pattern.

本発明によれば、従来の方法で形成されたパターンを微細化し、同時にドライエッチング耐性を改良することができる。そして、前処理組成物による処理を組み合わせることにより、パターンをより微細化できるとともに、パターンサイズの調整が可能となる。さらには、前処理組成物にポリマーを用いることでより高いドライエッチング耐性を同時に達成することができる。   According to the present invention, a pattern formed by a conventional method can be miniaturized, and at the same time, dry etching resistance can be improved. By combining the treatment with the pretreatment composition, the pattern can be further refined and the pattern size can be adjusted. Furthermore, higher dry etching resistance can be achieved at the same time by using a polymer in the pretreatment composition.

本発明の一実施態様による微細パターン形成方法を模式的に示す図。The figure which shows typically the fine pattern formation method by one embodiment of this invention. 本発明のほかの一実施態様による微細パターン形成方法を模式的に示す図。The figure which shows typically the fine pattern formation method by other one Embodiment of this invention. 本発明のほかの一実施態様による微細パターン形成方法を模式的に示す図。The figure which shows typically the fine pattern formation method by other one Embodiment of this invention.

微細パターン形成方法
本発明の一実施態様による微細パターン形成方法は、微細パターン形成用組成物としてシラザン結合を有する繰り返し単位を含んでなる樹脂と、前記樹脂を溶解し、かつレジストパターンを溶解しない溶剤とを含んでなる微細パターン形成用組成物を用いることを除いて、従来公知の方法が用いられる。したがって、レジストパターンを形成するために用いられるフォトレジスト、およびこれを用いてのレジストの形成方法は従来公知のフォトレジストおよび従来公知のレジスト形成法のいずれのものであってもよい。なお、レジストパターンは、一般的に用いられている任意のものを用いることができる。また、微細パターン形成用組成物によるレジストパターンへの被覆法は従来公知の方法の何れの方法も用いることができる。
Fine pattern forming method According to an embodiment of the present invention, a fine pattern forming method includes a resin comprising a repeating unit having a silazane bond as a fine pattern forming composition, a solvent that dissolves the resin and does not dissolve a resist pattern. A conventionally known method is used except that a composition for forming a fine pattern comprising is used. Therefore, the photoresist used for forming the resist pattern and the method for forming the resist using the photoresist may be either a conventionally known photoresist or a conventionally known resist forming method. In addition, the resist pattern can use the arbitrary thing generally used. In addition, as a method of coating the resist pattern with the composition for forming a fine pattern, any conventionally known method can be used.

本発明による微細パターン形成方法の一実施態様を図を用いて説明すると以下の通りである。なお、以下の説明においては、例としてArFレジストによりレジストパターンが形成された場合を説明する。   An embodiment of the fine pattern forming method according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a case where a resist pattern is formed using an ArF resist will be described as an example.

図1(a)〜(g)は、レジストパターンの表面に本発明の微細パターン形成用組成物を用いて、パターンを微細化させる方法を説明するための概念図である。各図においては、基板1、レジストパターン2、微細パターン形成用組成物層3、および微細パターン形成用組成物層が硬化することにより形成される硬化層4を模式断面図として示している。   FIGS. 1A to 1G are conceptual diagrams for explaining a method of making a pattern finer by using the composition for forming a fine pattern of the present invention on the surface of a resist pattern. In each figure, the board | substrate 1, the resist pattern 2, the composition layer 3 for fine pattern formation, and the hardening layer 4 formed by hardening | curing the composition layer for fine pattern formation are shown as a schematic cross section.

まず、例えば半導体基板などの基板1上に、レジスト(例えばポジ型化学増幅レジスト)を塗布して、通常の方法で露光および現像して、ポジのレジストパターン2を形成させる。ここで、用いられるレジストは特に限定されず、一般的に用いられるものから任意に選択することができる。また、基板も目的に応じて、ガラスや金属などからなる基板や、支持体上に半導体層や樹脂層が形成された基板などを用いることができる。特に、本発明の方法により形成されるパターンをパターンマスクとして、基板表面に形成された半導体層や樹脂層を加工して、微細なパターン、またはさらなるパターン形成のためのパターンマスクを形成させようとする場合には、そのような加工に適した膜を基板上に設けておくこともできる。このような種々の基板の詳細については後述する。   First, a resist (for example, a positive chemical amplification resist) is applied on a substrate 1 such as a semiconductor substrate, and exposed and developed by a normal method to form a positive resist pattern 2. Here, the resist used is not particularly limited and can be arbitrarily selected from those generally used. Further, depending on the purpose, a substrate made of glass or metal, a substrate in which a semiconductor layer or a resin layer is formed on a support, and the like can be used. In particular, using the pattern formed by the method of the present invention as a pattern mask, a semiconductor layer or a resin layer formed on the substrate surface is processed to form a fine pattern or a pattern mask for further pattern formation. In this case, a film suitable for such processing can be provided on the substrate. Details of such various substrates will be described later.

次いで、必要に応じて、図1(a)に示すように、このレジストパターン2の表面を覆うように前処理組成物を塗布する。言い換えれば、必要に応じて微細パターン形成用組成物の塗布の前に、前処理組成物を塗布することができる。   Next, as necessary, a pretreatment composition is applied so as to cover the surface of the resist pattern 2 as shown in FIG. In other words, the pretreatment composition can be applied before application of the composition for forming a fine pattern, if necessary.

本発明において必要に応じて用いられる前処理組成物は、塩基性化合物を含むものである。この塩基性化合物は、この後に塗布される微細パターン形成用組成物に含まれる、シラザン結合を有する樹脂が硬化する反応の触媒として作用して、硬化層を厚くする、および/または硬化層のドライエッチング耐性を改良する効果を有するものと考えられ、前処理組成物による前処理を行うことが好ましい。   The pretreatment composition used as necessary in the present invention contains a basic compound. This basic compound acts as a catalyst for a reaction in which a resin having a silazane bond contained in a composition for forming a fine pattern to be applied thereafter is cured, thereby thickening the cured layer and / or drying the cured layer. It is considered to have an effect of improving etching resistance, and pretreatment with a pretreatment composition is preferably performed.

このような塩基性化合物としては、任意のものを用いることができるが、金属イオンを含む塩基性化合物は、形成されるパターンを半導体素子などに用いる場合には問題を起こすことがある。このために、塩基性化合物は金属イオンを含まないものが好ましい。   As such a basic compound, any compound can be used. However, a basic compound containing a metal ion may cause a problem when a pattern to be formed is used for a semiconductor element or the like. For this reason, the basic compound preferably contains no metal ions.

このような塩基性化合物の一つとして、比較的分子量の小さい、例えば分子量が1000以下の、窒素含有塩基性化合物からなる群から選択されるものが好ましい。このような窒素含有塩基性化合物は、微細パターン形成用組成物が硬化する際に触媒として作用するものと考えられている。具体的には、窒素含有塩基性化合物が、下記一般式(A)〜(C)で表されるものであることが好ましい。

Figure 2010250118
(式中、R〜Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4の飽和炭化水素基、および炭素数1〜4のアルカノール基からなる群から選択される基であるか、R〜Rのうちの2つが共有結合により結合されて炭素数2〜5の炭素環、含酸素炭素環、または含窒素炭素環を形成しており、ただし、式(A)および(B)において、R〜Rは同時に水素ではなく、nは1〜3の数である。) One such basic compound is preferably selected from the group consisting of nitrogen-containing basic compounds having a relatively low molecular weight, for example, a molecular weight of 1000 or less. Such a nitrogen-containing basic compound is considered to act as a catalyst when the composition for forming a fine pattern is cured. Specifically, it is preferable that the nitrogen-containing basic compound is represented by the following general formulas (A) to (C).
Figure 2010250118
(Wherein R a to R d are each independently a group selected from the group consisting of hydrogen, a saturated hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and an alkanol group having 1 to 4 carbon atoms, or R two of a to R d are bonded by a covalent bond to form a carbocycle having 2 to 5 carbon atoms, an oxygen-containing carbocycle, or a nitrogen-containing carbocycle, provided that the formulas (A) and (B) R a to R d are not hydrogen at the same time, and n is a number from 1 to 3.)

このような窒素含有塩基性化合物のうち、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ピペリジン、ピペラジン、ヒドロキシエチルピペラジン、エタノールアミン、イソプロパノールアミン、ジエタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、2−(2−アミノエチルアミノ)エタノール、モルホリン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、およびテトラエチルアンモニウムハイドロオキサイドからなる群から選択されるものは、入手が容易であると同時に安価であり、取り扱い性の点からも好ましい。また、上記一般式で示される窒素含有塩基性化合物のうち、1級アミンおよび2級アミンを用いると、後述する樹脂組成物により形成される被膜の厚さの変動が小さく、調整しやすくなり、製造における量産性が高くなるので好ましい。   Among such nitrogen-containing basic compounds, ethylenediamine, propylenediamine, piperidine, piperazine, hydroxyethylpiperazine, ethanolamine, isopropanolamine, diethanolamine, N-methylethanolamine, N-ethylethanolamine, N, N-dimethylethanol Those selected from the group consisting of amine, N, N-diethylethanolamine, 2- (2-aminoethylamino) ethanol, morpholine, tetramethylammonium hydroxide, and tetraethylammonium hydroxide are readily available. At the same time, it is inexpensive and preferable from the viewpoint of handleability. Moreover, when a primary amine and a secondary amine are used among the nitrogen-containing basic compounds represented by the above general formula, the variation in the thickness of the film formed by the resin composition described later is small, and adjustment becomes easy. This is preferable because the mass productivity in production increases.

用いられる窒素含有塩基性化合物が常温で液体のものは、溶媒を用いなくても前処理組成物として用いることができる場合がある。しかしながら、塗布性などの観点から、本発明における前処理組成物は、一般に溶媒を更に含んでなる。このような溶媒としては、形成されているパターンの形状を損なわないものであることが好ましい。具体的には、水、1価アルコール、エーテル、環状エーテル、多価アルコールのアルキルエーテル、多価アルコールのアルキルエーテルアセテート、高級炭化水素などが挙げられる。このうち、水は、あらかじめ形成されているパターンや引き続き形成される樹脂組成物層などを溶解することが少なく、悪影響が少ないので好ましい。また、有機溶媒は前処理組成物の成分の溶解性改良などの理由がある場合に、本発明の効果を損なわない範囲で用いることができる。   If the nitrogen-containing basic compound used is liquid at room temperature, it may be used as a pretreatment composition without using a solvent. However, from the viewpoint of applicability and the like, the pretreatment composition in the present invention generally further comprises a solvent. Such a solvent is preferably one that does not impair the shape of the formed pattern. Specific examples include water, monohydric alcohols, ethers, cyclic ethers, polyhydric alcohol alkyl ethers, polyhydric alcohol alkyl ether acetates, and higher hydrocarbons. Among these, water is preferable because it hardly dissolves a pre-formed pattern or a resin composition layer that is subsequently formed, and has few adverse effects. Moreover, an organic solvent can be used in the range which does not impair the effect of this invention, when there exists a reason of the solubility improvement of the component of a pre-processing composition.

これらの窒素含有塩基性化合物は、前処理組成物の全重量を基準として、好ましくは0.001〜10重量%、より好ましくは0.01〜6重量%の濃度で前処理組成物に添加される。   These nitrogen-containing basic compounds are preferably added to the pretreatment composition at a concentration of 0.001 to 10 wt%, more preferably 0.01 to 6 wt%, based on the total weight of the pretreatment composition. The

また、本発明における前処理組成物は、前記した窒素含有塩基性化合物よりも分子量が大きい、塩基性ポリマーを含むことにより、形成される被膜のドライエッチング耐性が改良されるので好ましい。このような塩基性ポリマーとしては、ビニルイミダゾール、エチレンイミン、ビニルアミン、アリルアミン、アミン基含有アクリル酸、アミン基含有メタクリル酸またはそれらの混合物を重合単位として含むものが好ましい。これらを重合単位として含むホモポリマーである、ポリビニルイミダゾール、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリアリルアミンは好ましい塩基性ポリマーの例である。また、アクリル酸、メタクリル酸、ビニルピロリドン、ビニルアルコール、酢酸ビニルこれらのポリマーは、本発明の効果を損なわない範囲でその他の重合単位や置換基を有していてもよい。特に酸性の重合単位を含む場合には、ポリマー全体が塩基性であることが好ましい。ポリマーの大きさは特に限定されないが、一般に重量平均分子量が1000以上であることが好ましい。   In addition, the pretreatment composition in the present invention is preferable because it includes a basic polymer having a molecular weight larger than that of the above-described nitrogen-containing basic compound, since the dry etching resistance of the formed film is improved. As such a basic polymer, a polymer containing vinylimidazole, ethyleneimine, vinylamine, allylamine, amine group-containing acrylic acid, amine group-containing methacrylic acid or a mixture thereof as a polymerization unit is preferable. Polyvinylimidazole, polyethyleneimine, polyvinylamine, and polyallylamine, which are homopolymers containing these as polymerization units, are examples of preferable basic polymers. Acrylic acid, methacrylic acid, vinyl pyrrolidone, vinyl alcohol, vinyl acetate These polymers may have other polymerized units and substituents as long as the effects of the present invention are not impaired. In particular, when an acidic polymerization unit is included, the whole polymer is preferably basic. The size of the polymer is not particularly limited, but in general, the weight average molecular weight is preferably 1000 or more.

これらの塩基性ポリマーを用いる場合には、一般に前処理組成物の全重量を基準として0.1〜20重量%、好ましくは1〜6重量%の濃度で用いられる。また、塩基性ポリマーはその種類によって塩基性度が異なるが、前処理組成物のpHが7を超えることが好ましく、pHが8〜12となる量の塩基性ポリマーを含むことが好ましい。pHが8以上であるとドライエッチング耐性の改良が顕著となり、またpHが12以下であると、後述する樹脂組成物による被膜の厚さの制御が容易となるためである。   When these basic polymers are used, they are generally used at a concentration of 0.1 to 20% by weight, preferably 1 to 6% by weight, based on the total weight of the pretreatment composition. In addition, the basic polymer has different basicity depending on the type, but the pH of the pretreatment composition preferably exceeds 7, and it is preferable that the basic polymer contains an amount of the basic polymer in an amount of 8 to 12. This is because when the pH is 8 or more, the dry etching resistance is remarkably improved, and when the pH is 12 or less, it is easy to control the thickness of the film by the resin composition described later.

これらの塩基性化合物は2種類以上を組み合わせて用いることもできる。特に、窒素含有塩基性化合物と塩基性ポリマーとを組み合わせて用いることにより、形成されるパターンをより微細にすることができ、かつドライエッチング耐性も顕著に改良できるので好ましい。また、前処理組成物は塩基性化合物を含むものであるが、必要に応じて、さらなる成分を含むこともできる。例えば、塩基性ポリマー以外のポリマー、例えばアクリルポリマー、メタクリルポリマー、ポリビニルアルコール、酢酸ビニルポリマーなどを含むことができる。また、塗布性改良のための界面活性剤などを用いることもできる。   These basic compounds can also be used in combination of two or more. In particular, it is preferable to use a combination of a nitrogen-containing basic compound and a basic polymer because the formed pattern can be made finer and the dry etching resistance can be remarkably improved. Moreover, although a pre-treatment composition contains a basic compound, it can also contain an additional component as needed. For example, polymers other than basic polymers, such as acrylic polymers, methacrylic polymers, polyvinyl alcohol, vinyl acetate polymers, and the like can be included. Further, a surfactant for improving the coating property can be used.

前処理組成物を塗布した後、必要に応じてベークすることができる。ベークによって不溶な溶媒を除去したり、ポリマー成分を含む場合にはそれを硬化させたりすることができる。このようなベークは、用いられる前処理組成物の種類によって、好ましい条件が変化するが、一般には 40〜180℃、好ましくは70〜140℃で、20〜120秒、好ましくは60〜90秒、行う。   After applying the pretreatment composition, it can be baked as necessary. The insoluble solvent can be removed by baking, and when a polymer component is included, it can be cured. The preferable conditions for such baking vary depending on the type of pretreatment composition used, but generally 40 to 180 ° C., preferably 70 to 140 ° C., 20 to 120 seconds, preferably 60 to 90 seconds, Do.

なお、前処理組成物は、形成されているパターンの表面に塗布されれば十分である。しかしながら、簡便に処理するために、図1(a)に示されるように、露出した基板などを含め、パターンが形成された表面全体に塗布されても差し支えない。   It is sufficient that the pretreatment composition is applied to the surface of the pattern that is formed. However, for easy processing, as shown in FIG. 1A, it may be applied to the entire surface where the pattern is formed, including the exposed substrate.

このようにして前処理組成物を塗布した後、必要に応じて水などでリンスを行い、余剰の前処理組成物を除去することもできる。   Thus, after apply | coating a pre-processing composition, it rinses with water etc. as needed, and can also remove an excess pre-processing composition.

必要に応じて前処理が施されたパターンに対して、引き続き微細パターン形成用組成物を塗布する(図1(b))。なお、図1(b)には図示されていないが、前処理を行い、かつ前処理組成物がポリマーを含む場合には、パターン2の表面に前処理組成物の層が形成されることもある。   The fine pattern forming composition is subsequently applied to the pattern that has been pretreated as necessary (FIG. 1B). Although not shown in FIG. 1B, when the pretreatment is performed and the pretreatment composition contains a polymer, a layer of the pretreatment composition may be formed on the surface of the pattern 2. is there.

ここで用いられる微細パターン形成用組成物は、シラザン結合を有する繰り返し単位を含んでなる樹脂を含んでなるものである。ここでシラザン結合とはSi−N結合を意味し、他の単位と結合するための結合手を有し、残余の結合手は任意の置換基で置換されている。一般には、置換基は水素や炭化水素基であるが、ケイ素を含有する基や、水酸基、カルボキシル基、アミノ基などの官能基で置換されていてもよい。また、繰り返し単位の結合手は2以上であり、結合手が3以上である場合には、樹脂は2次元または3次元の構造をとり得る。   The fine pattern forming composition used here comprises a resin comprising a repeating unit having a silazane bond. Here, the silazane bond means a Si—N bond, which has a bond for bonding to another unit, and the remaining bond is substituted with an arbitrary substituent. Generally, the substituent is hydrogen or a hydrocarbon group, but may be substituted with a silicon-containing group or a functional group such as a hydroxyl group, a carboxyl group, or an amino group. Further, when the number of bonds in the repeating unit is 2 or more and the number of bonds is 3 or more, the resin can have a two-dimensional or three-dimensional structure.

このような繰り返し単位の好ましい例として、下記式(I)で表されるものを挙げることができる。

Figure 2010250118
式中、R〜Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6の飽和炭化水素基、および炭素数1〜6の飽和炭化水素基を有するシラザン基からなる群から選択される基である。飽和炭化水素基は、線状、分岐鎖状、または環状のいずれであってもよい。 Preferable examples of such repeating units include those represented by the following formula (I).
Figure 2010250118
In the formula, R 1 to R 3 are each independently a group selected from the group consisting of hydrogen, a saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and a silazane group having a saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms. It is. The saturated hydrocarbon group may be linear, branched or cyclic.

上記の式(I)で表される樹脂は、一般にポリシラザンと呼ばれるものである。このポリシラザンは、R〜Rは、そのいずれかが式(I)で表されるようなシラザン基であると、2次元または3次元構造をとることができる。また、上記式(I)で表される繰り返し単位は、2種類以上を組み合わせることもできる。 The resin represented by the above formula (I) is generally called polysilazane. This polysilazane can take a two-dimensional or three-dimensional structure when any of R 1 to R 3 is a silazane group represented by the formula (I). Moreover, the repeating unit represented by the said formula (I) can also combine 2 or more types.

このような樹脂のうち、ケイ素、窒素、および水素だけからなるペルヒドロポリシラザンは好ましいものの一つである。そのうちの一つは、式(I)においてR〜Rのすべてが水素であるものである。また、ほかのペルヒドロポリシラザンは、繰り返し単位として、
−(SiHNH)−と−(SiHN)<とを有し、末端が水素または−SiHであるものである。このペルヒドロポリシラザンは、繰り返し単位の配合比で種々の構造を取り得るが、例えば以下のような構造が例示できる。

Figure 2010250118
Among such resins, perhydropolysilazane consisting only of silicon, nitrogen and hydrogen is one of the preferred ones. One of them is that in formula (I), all of R 1 to R 3 are hydrogen. In addition, other perhydropolysilazanes are used as repeating units.
- (SiH 2 NH) - and - (SiH 2 N) have a <city, those ends are hydrogen or -SiH 3. This perhydropolysilazane can take various structures depending on the blending ratio of the repeating units, and examples thereof include the following structures.
Figure 2010250118

このような樹脂の分子量は、適用するレジストの種類や、目的とするパターンの種類などに応じて、任意に選択されるが、重量平均分子量で500〜100,000であることが好ましく、600〜10,000であることがより好ましい。   The molecular weight of such a resin is arbitrarily selected depending on the type of resist to be applied, the type of target pattern, and the like, but is preferably 500 to 100,000 in terms of weight average molecular weight, and 600 to More preferably, it is 10,000.

本発明において用いられる微細パターン形成用組成物は、溶剤を含んでなる。この溶剤は、前記樹脂を溶解し得るものである必要がある。すなわち、レジストパターン上に組成物を塗布する際には、組成物が均一であることが好ましいからである。したがって、溶剤に対する樹脂の溶解度は、組成物が均一となる程度に溶解すればよい。一方、レジストパターン上に塗布した際に、溶剤がパターンを溶解してしまうと、パターンの微細化の前にパターンが破壊されてしまう可能性があるため、レジストパターンを溶解しないものである必要がある。さらには、前記樹脂とは反応しないものであることが好ましい。   The composition for forming a fine pattern used in the present invention comprises a solvent. This solvent needs to be capable of dissolving the resin. That is, when the composition is applied onto the resist pattern, the composition is preferably uniform. Therefore, the solubility of the resin with respect to the solvent may be dissolved to such an extent that the composition becomes uniform. On the other hand, when applied onto the resist pattern, if the solvent dissolves the pattern, the pattern may be destroyed before the pattern is refined, so the resist pattern must not be dissolved. is there. Furthermore, it is preferable that the resin does not react.

微細パターン形成用組成物に用いることができる溶剤は、上記の条件を満たすものであれば任意のものを選択することができる。また、用いる樹脂の種類や、適用するレジストの材料などに応じて選択できる。このような溶剤としては、(a)エーテル類、例えばジブチルエーテル(DBE)、ジプロピルエーテル、ジエチルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル(MTBE)、およびアニソールなど、(b)飽和炭化水素、例えばデカリン、n−ペンタン、i−ペンタン、n−ヘキサン、i−ヘキサン、n−ヘプタン、i−ヘプタン、n−オクタン、i−オクタン、n−ノナン、i−ノナン、n−デカン、i−デカン、エチルシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサン、およびp−メンタンなど、(c)不飽和炭化水素、例えばシクロヘキセン、およびジペンテン(リモネン)など(d)ケトン類、例えばメチルイソブチルケトン(MIBK)、(e)芳香族炭化水素、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、トリメチルベンゼン、およびトリエチルベンゼンなど、が挙げられる。これらの中で好ましいのは、(a)エーテル類および(b)飽和炭化水素からなる群から選択される溶剤であり、より具体的にはジブチルエーテル、およびデカリンは樹脂やレジスト材料の種類が変化しても広範に適用可能であり、好ましい溶剤である。これらの溶剤は、必要に応じて2種類以上を組み合わせて用いることもできる。   As the solvent that can be used for the composition for forming a fine pattern, any solvent can be selected as long as it satisfies the above conditions. Moreover, it can select according to the kind of resin to be used, the material of the resist to apply, etc. Such solvents include (a) ethers such as dibutyl ether (DBE), dipropyl ether, diethyl ether, methyl-t-butyl ether (MTBE), and anisole, and (b) saturated hydrocarbons such as decalin, n-pentane, i-pentane, n-hexane, i-hexane, n-heptane, i-heptane, n-octane, i-octane, n-nonane, i-nonane, n-decane, i-decane, ethylcyclohexane (C) unsaturated hydrocarbons such as cyclohexene, and dipentene (limonene); (d) ketones such as methyl isobutyl ketone (MIBK), (e) aromatic hydrocarbons For example, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, di Ethylbenzene, trimethylbenzene, and triethylbenzene like, and the like. Among these, a solvent selected from the group consisting of (a) ethers and (b) saturated hydrocarbons is preferable. More specifically, dibutyl ether and decalin change the type of resin or resist material. Even so, it is widely applicable and is a preferred solvent. These solvents can be used in combination of two or more as required.

本発明において用いられる微細パターン形成用組成物は、前記樹脂を前記溶剤に溶解させたものであるが、その濃度は特に限定されない。しかしながら、レジスト表面への塗布性や、所望の微細化の程度などに応じて適宜調整することができる。一般には、組成物の全重量を基準として、前記樹脂の含有量が0.01〜30%であることが好ましく、0.3〜5%であることがより好ましい。   The composition for forming a fine pattern used in the present invention is obtained by dissolving the resin in the solvent, but the concentration is not particularly limited. However, it can be appropriately adjusted according to the coating property on the resist surface, the desired degree of miniaturization and the like. In general, the content of the resin is preferably 0.01 to 30%, more preferably 0.3 to 5%, based on the total weight of the composition.

本発明における微細パターン形成用組成物は、必要に応じてその他の添加剤を含んでいてもよい。そのような添加剤としては、界面活性剤、レベリング剤、可塑剤などが挙げられる。   The composition for forming a fine pattern in the present invention may contain other additives as necessary. Such additives include surfactants, leveling agents, plasticizers and the like.

このような微細パターン形成用組成物を塗布し、被覆層3を形成させる。この塗布により、組成物中の樹脂6がレジストパターンに物理的に吸着する(図1(c))。   Such a composition for forming a fine pattern is applied to form the coating layer 3. By this application, the resin 6 in the composition is physically adsorbed to the resist pattern (FIG. 1C).

レジスト表面に吸着した樹脂はレジスト中に浸透し、レジスト膜が膨潤される(図1(d))。ここで、レジストを加熱することにより、樹脂の浸透および、樹脂とレジストとの反応が促進される(図1(e))。そして、レジストパターンの作成時に露光されなかった部分では樹脂とレジストとの反応がほとんど起こらず、硬化層の厚さは薄くなる。一方、露光された部分、もしくは露光された部分の近傍、例えば、図1におけるレジストパターンの側壁では樹脂とレジストとの反応が起こりやすく、硬化層が厚く形成される。反応が終了すると、硬化層4が形成される(図1(f))。この硬化層は、最初のレジスト表面に物理吸着した樹脂がレジストの表面だけでなくレジストの内部まで浸透してから不溶化した層であり、結果的にパターンが収縮される。そして、最後に未反応の微細パターン形成用組成物を、溶剤によりリンス処理して除去し、微細化されたパターンを得ることができる(図1(g))。ここで、前記した前処理が行われている場合には、このようなレジストと樹脂との反応に対して、前処理組成物により供給された塩基性化合物が触媒として寄与すると考えられており、このために前処理を行わない場合に比べて、硬化層がより厚くなる。一般に前処理組成物を用いない場合には硬化層が15nm程度である場合、本発明による前処理を行うとその3倍程度まで硬化層を厚くすることができる。   The resin adsorbed on the resist surface penetrates into the resist and the resist film swells (FIG. 1D). Here, by heating the resist, the penetration of the resin and the reaction between the resin and the resist are promoted (FIG. 1 (e)). And in the part which was not exposed at the time of creation of a resist pattern, reaction with resin and a resist hardly arises, and the thickness of a hardened layer becomes thin. On the other hand, the reaction between the resin and the resist is likely to occur in the exposed part or in the vicinity of the exposed part, for example, the side wall of the resist pattern in FIG. 1, and the hardened layer is formed thick. When the reaction is completed, a hardened layer 4 is formed (FIG. 1 (f)). This hardened layer is a layer in which the resin physically adsorbed on the first resist surface has infiltrated not only into the resist surface but also into the inside of the resist, and as a result, the pattern shrinks. Finally, the unreacted composition for forming a fine pattern is removed by rinsing with a solvent to obtain a refined pattern (FIG. 1 (g)). Here, when the pretreatment described above is performed, it is considered that the basic compound supplied by the pretreatment composition contributes to the reaction between the resist and the resin as a catalyst. For this reason, a hardened layer becomes thicker compared with the case where pre-processing is not performed. In general, when the pretreatment composition is not used, when the cured layer is about 15 nm, the cured layer can be thickened up to about 3 times by pretreatment according to the present invention.

上記のとおり、レジストパターン2の表面のうち、主としてパターンの側壁、具体的にはホールやトレンチにおいては内壁、ラインパターンにおいては外壁に硬化層4が形成されることにより、レジストパターン間の幅が狭まり、レジストパターンのピッチサイズまたはホール開口サイズを実効的に限界解像以下に微細化することが可能となる。   As described above, by forming the hardened layer 4 mainly on the side wall of the resist pattern 2, specifically on the inner wall in the hole or trench, and on the outer wall in the line pattern, the width between the resist patterns is increased. As a result, the pitch size or the hole opening size of the resist pattern can be effectively miniaturized below the limit resolution.

上記レジストパターン2を形成させるために用いることのできる感放射線性樹脂組成物は、従来公知、公用の感放射線性樹脂組成物であれば何れのものでもよい。感放射線性樹脂組成物としては、例えば、ノボラック樹脂、ヒドロキシスチレン系樹脂、アクリル系樹脂などのアルカリ可溶性樹脂およびキノンジアジド化合物を含むポジ型レジスト、光照射により酸を発生しこの発生した酸の触媒作用を利用してレジストパターンを形成する化学増幅型のポジまたはネガ型レジストなどを挙げることができるが、光照射により酸を発生しこの発生した酸の触媒作用を利用してレジストパターンを形成する化学増幅型のポジ型レジストが好ましい。レジスト材料としては既に多数のものが提案され、また市販もされており、これら公知、公用のレジスト材料は何れのものであってもよい。また、感放射線性樹脂組成物を用いてのレジストパターン形成方法は、塗布方法、露光方法、ベーク方法、現像方法、現像剤、リンス方法などを含め従来知られた何れの方法を用いることもできる。   The radiation-sensitive resin composition that can be used for forming the resist pattern 2 may be any conventionally known and publicly used radiation-sensitive resin composition. Examples of the radiation-sensitive resin composition include a positive resist containing an alkali-soluble resin such as a novolak resin, a hydroxystyrene resin, an acrylic resin, and a quinonediazide compound, an acid generated by light irradiation, and a catalytic action of the generated acid Examples include chemically amplified positive or negative resists that form a resist pattern by using an acid, but the chemistry of generating a resist pattern by utilizing the catalytic action of the generated acid by light irradiation. An amplification type positive resist is preferable. Many resist materials have already been proposed and are commercially available, and any known or publicly available resist material may be used. Moreover, the resist pattern formation method using a radiation sensitive resin composition can use any conventionally known methods including a coating method, an exposure method, a baking method, a developing method, a developer, a rinsing method, and the like. .

本発明によるパターン形成方法において、微細パターン形成用組成物を塗布する方法は、例えば感放射線性樹脂組成物を塗布する際に従来から使用されている、スピンコート法、スプレーコート法、浸漬塗布法、ローラーコート法など適宜の方法を用いればよい。塗布された被覆層は、必要に応じプリベークされて、微細パターン形成用組成物層3とされる。微細パターン形成用組成物層の加熱処理の条件は、例えば60〜250℃、好ましくは80〜170℃、の温度、10〜300秒、好ましくは60〜120秒程度であり、レジストパターンと微細パターン形成用組成物層のインターミキシングが起る温度であることが好ましい。ここで、加熱処理の温度が過度に高いと、硬化層4が厚くなりすぎて、パターンの間が埋まってしまうことがあるので注意が必要である。形成される微細パターン形成用組成物層の膜厚は、加熱処理の温度と時間、使用する感放射線性樹脂組成物及び前処理組成物などにより適宜調整することができる。したがって、レジストパターンをどの程度まで微細化させるか、言い換えればレジストパターンの幅をどの程度広げることが必要とされるかにより、これら諸条件を設定すればよい。しかし、被覆層の厚さはレジストパターンの表面からの厚さで、一般に0.01〜100μmとするのが一般的である。   In the pattern forming method according to the present invention, the method for applying the composition for forming a fine pattern is, for example, a spin coating method, a spray coating method, or a dip coating method conventionally used when applying a radiation-sensitive resin composition. An appropriate method such as a roller coating method may be used. The applied coating layer is pre-baked as necessary to form a composition layer 3 for forming a fine pattern. The conditions for the heat treatment of the composition layer for forming a fine pattern are, for example, a temperature of 60 to 250 ° C., preferably 80 to 170 ° C., 10 to 300 seconds, preferably 60 to 120 seconds. It is preferably a temperature at which intermixing of the forming composition layer occurs. Here, if the temperature of the heat treatment is excessively high, the cured layer 4 becomes too thick and the space between the patterns may be buried, so care must be taken. The film thickness of the composition layer for forming a fine pattern to be formed can be appropriately adjusted depending on the temperature and time of heat treatment, the radiation sensitive resin composition used, the pretreatment composition, and the like. Therefore, these conditions may be set depending on how fine the resist pattern is to be made, in other words, how much the width of the resist pattern needs to be increased. However, the thickness of the coating layer is the thickness from the surface of the resist pattern, and is generally 0.01 to 100 μm.

さらに、加熱により形成された硬化層4を残し、未反応の微細パターン形成用組成物層3を除去するリンス処理のために用いられる溶剤としては、硬化層に対しては溶解性が低く、微細パターン形成用組成物に対しては溶解性が高いものが選択される。より好ましいのは、微細パターン形成用組成物に用いられている溶剤をリンス処理に用いることが好ましい。   Furthermore, as a solvent used for the rinsing process that leaves the cured layer 4 formed by heating and removes the unreacted fine pattern forming composition layer 3, the solvent has a low solubility in the cured layer and is fine. A highly soluble composition is selected for the pattern forming composition. More preferably, the solvent used in the composition for forming a fine pattern is preferably used for the rinsing treatment.

以上、本発明による微細パターン形成方法の一例を説明したが、この方法を応用して、より微細なパターンを形成することも可能である。すなわち、本発明において用いられる微細化パターン形成用組成物により形成される硬化層は、ポリシラザンに由来するものであるため、比較的機械的強度が高く、エッチング耐性に優れている。このため、それ自体を独立したパターンとすることができる。以下にその例を説明する。   As mentioned above, although the example of the fine pattern formation method by this invention was demonstrated, it is also possible to form a finer pattern by applying this method. That is, since the hardened layer formed by the composition for forming a fine pattern used in the present invention is derived from polysilazane, it has relatively high mechanical strength and excellent etching resistance. For this reason, the pattern itself can be an independent pattern. An example will be described below.

別の実施態様による微細パターン形成方法
以下、図2(a)〜(h)を参照しながら、前記した微細パターンの形成方法を利用した、別の実施態様によるパターン形成方法について詳細に説明すると以下の通りである。図2(a)〜(h)は、各パターンの長さ方向に垂直な方向の断面図を表すものである。
The fine pattern forming method according to another embodiment Hereinafter, the pattern forming method according to another embodiment using the fine pattern forming method described above will be described in detail with reference to FIGS. 2 (a) to (h). It is as follows. FIGS. 2A to 2H are cross-sectional views in the direction perpendicular to the length direction of each pattern.

先ず、基板100上に凸部を有する第一の凸パターン104を形成させる(図2(a))。ここで、図2に示された例では、基板100は、支持体101の上に、被加工膜102および加工補助用中間膜103が積層されている。ここで説明される例においては、まず加工補助用中間膜103が本発明の一つの実施態様によって微細なパターンマスク501に加工され、さらにその微細なパターンマスク501を用いて、被加工膜102がエッチングなどにより加工されて微細なパターン601が形成される方法を説明する。しかし、基板の構造はこの例に限定されない。基板のその他の構造については後述する。   First, a first convex pattern 104 having a convex portion is formed on the substrate 100 (FIG. 2A). Here, in the example shown in FIG. 2, the substrate 100 is formed by laminating a film 102 to be processed and an intermediate film 103 for processing assistance on a support 101. In the example described here, first, the processing auxiliary intermediate film 103 is processed into a fine pattern mask 501 according to one embodiment of the present invention, and the processed film 102 is further processed using the fine pattern mask 501. A method for forming a fine pattern 601 by processing such as etching will be described. However, the structure of the substrate is not limited to this example. Other structures of the substrate will be described later.

図2に示された基板は以下のように形成させる。まず、例えばシリコン基板やガラス基板などの支持体上に、最終的に加工されてパターンとなる被加工膜102を形成させる。このとき、あらかじめ支持体の表面上に被加工膜102の密着性を改良すること、支持体の平面性を改良すること、エッチング処理などにおける加工性を改良することを目的に、前処理用中間膜(図示せず)を設けることもできる。このような場合には、被加工膜102はそのような前処理用中間膜を介して支持体101上に形成される。   The substrate shown in FIG. 2 is formed as follows. First, a film to be processed 102 that is finally processed into a pattern is formed on a support such as a silicon substrate or a glass substrate. At this time, in order to improve the adhesion of the film 102 to be processed on the surface of the support in advance, to improve the flatness of the support, and to improve the workability in the etching process, the intermediate for pretreatment A membrane (not shown) can also be provided. In such a case, the film 102 to be processed is formed on the support 101 through such a pretreatment intermediate film.

本発明において、最終的に加工される被加工膜102は目的に応じて任意のものを用いることができ、特に限定されるものではない。被加工膜の材料としては、(a)導電性材料、例えばアルミニウム(Al)、アルミニウムシリサイド(AlSi)、銅(Cu)、タングステン(W)、タングステンシリサイド(WSi)、チタン(Ti)、もしくは窒化チタン(TiN)等、(b)半導体材料、例えばゲルマニウム(Ge)、もしくはシリコン(Si)等、または(c)絶縁性材料、例えば酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)、酸化窒化シリコン(SiON)、もしくは有機樹脂等の有機材料を挙げることができる。   In the present invention, any film 102 to be finally processed can be used depending on the purpose, and is not particularly limited. As the material of the film to be processed, (a) a conductive material such as aluminum (Al), aluminum silicide (AlSi), copper (Cu), tungsten (W), tungsten silicide (WSi), titanium (Ti), or nitride Titanium (TiN), etc. (b) Semiconductor material such as germanium (Ge) or silicon (Si), or (c) Insulating material such as silicon oxide (SiO), silicon nitride (SiN), silicon oxynitride ( SiON) or organic materials such as organic resins.

これらの材料は、目的とするパターンの用途に応じて選択される。すなわち、最終的な半導体デバイス等に組み込まれるパターンの直接的な原料となる被加工膜は、例えば金属配線層や、層間絶縁膜に加工されるものであり、それに応じた材料が選択される。例えば、パターンがトレンチアイソレーション構造、または低誘電の絶縁膜等として利用される場合には無機または有機の絶縁性材料が用いられ、また配線構造を形成させようとする場合には導電性材料が用いられる。有機材料が選択される場合には、例えば、ノボラック、ポリビニルフェノール、ポリメタクリレート、ポリアリーレン、ポリイミド、ポリアリーレンエーテル、カーボン等の炭素原子を含む有機材料が用いられる。   These materials are selected according to the intended use of the pattern. That is, the film to be processed which is a direct raw material of the pattern incorporated in the final semiconductor device or the like is processed into, for example, a metal wiring layer or an interlayer insulating film, and a material corresponding to the film is selected. For example, an inorganic or organic insulating material is used when the pattern is used as a trench isolation structure or a low dielectric insulating film, and a conductive material is used when a wiring structure is to be formed. Used. When an organic material is selected, for example, an organic material containing carbon atoms such as novolak, polyvinylphenol, polymethacrylate, polyarylene, polyimide, polyarylene ether, carbon, or the like is used.

次いで、被加工膜102上に、必要に応じて加工補助用中間膜103を形成させる。以下、加工補助用中間膜を形成させる場合について主に説明するが、そのような層を形成させない場合は、以下の説明において加工補助用中間膜を被加工膜に読み替えることができる。この理由は、本発明のもっとも重要な特徴のひとつは、被加工膜、または存在する場合には加工補助用中間膜の直上に、樹脂組成物に由来する微細なパターンマスクを形成させることにあり、そのマスクを利用して加工されるのが被加工膜または加工補助用中間膜のいずれであっても、マスクそのものの形成は実質的に影響を受けないからである。   Next, a processing auxiliary intermediate film 103 is formed on the processing target film 102 as necessary. Hereinafter, the case where the processing auxiliary intermediate film is formed will be mainly described. However, when such a layer is not formed, the processing auxiliary intermediate film can be read as the film to be processed in the following description. This is because one of the most important features of the present invention is that a fine pattern mask derived from the resin composition is formed immediately above the film to be processed or, if present, the intermediate film for processing assistance. This is because the formation of the mask itself is substantially unaffected regardless of whether the mask is used to process the film to be processed or the processing auxiliary intermediate film.

加工補助用中間膜を形成させる場合、この膜は支持体101上に設けることができるものとして前記した前処理用中間膜と同じものであっても、異なったものであってもよい。また、加工補助用中間膜の材料として、従来知られている反射防止膜などの材料を用いて、その機能をも持たせることができる。また、加工補助用中間膜が、多層レジスト法に用いる下層レジスト等に用いられる場合には、例えば、ノボラック、ポリビニルフェノール、ポリメタクリレート、ポリアリーレン、ポリイミド、ポリアリーレンエーテル、カーボン等の炭素原子を含む有機材料が用いられる。   In the case of forming an intermediate film for processing assistance, this film may be the same as or different from the above-described pretreatment intermediate film that can be provided on the support 101. In addition, as a material for the processing auxiliary intermediate film, a conventionally known material such as an antireflection film can be used to provide the function. Further, when the processing aid intermediate film is used for a lower layer resist or the like used in the multilayer resist method, for example, it contains carbon atoms such as novolak, polyvinylphenol, polymethacrylate, polyarylene, polyimide, polyarylene ether, and carbon. Organic materials are used.

加工補助用中間膜の材料として有機材料を用いる場合には、その炭素含有量は10wt%以上であることが好ましい。その理由は、炭素含有量が10wt%以上であれば、エッチングを行う過程で、後述する樹脂組成物により形成される層とのエッチング選択比、言い換えればエッチングレートの差が大きくなり、加工が容易となるからである。また、用途によって加工補助用膜の膜厚は異なるが、一般に20〜10000nmの範囲にあることが好ましい。その理由は、20nm以下では加工補助用中間膜に由来する最終的なパターンの目的が達成されないことがあり、10000nm以上では、後述するスペーサーパターンを被加工膜に転写する過程で、加工変換差が顕著に発生するためである。   When an organic material is used as the material for the processing auxiliary intermediate film, the carbon content is preferably 10 wt% or more. The reason is that if the carbon content is 10 wt% or more, the etching selectivity ratio with the layer formed by the resin composition to be described later, in other words, the difference in etching rate becomes large in the course of etching, and the processing is easy. Because it becomes. Moreover, although the film thickness of a process auxiliary film changes with uses, generally it is preferable to exist in the range of 20-10000 nm. The reason is that the purpose of the final pattern derived from the processing-assisting intermediate film may not be achieved at 20 nm or less, and at 10000 nm or more, there is a processing conversion difference in the process of transferring the spacer pattern described later to the film to be processed. This is because it occurs remarkably.

さらには、被加工膜や加工補助用中間膜の種類やエッチングの条件に応じて、加工補助用中間膜を複数積層することもできる。なお、特に被加工膜102上に加工補助用中間膜103を設ける場合には、加工補助用中間膜の材料は後述する樹脂組成物により形成されるスペーサー部をマスクとして用いてエッチングされ、そのエッチング後に下層である被加工膜をさらにエッチング処理するときのマスクとして機能するものが好ましい。この場合において、このマスク自体が微細なパターンを有する、微細パターンマスクとなる。また、支持体上に独立した被加工膜を形成させず、支持体表面に加工補助用中間膜103を直接形成させ、それを加工することにより、支持体表面を被加工膜として加工するための微細パターンマスクが形成される。   Furthermore, a plurality of processing auxiliary intermediate films can be stacked in accordance with the type of the film to be processed and the processing auxiliary intermediate film and the etching conditions. In particular, when the processing auxiliary intermediate film 103 is provided on the film to be processed 102, the material of the processing auxiliary intermediate film is etched using a spacer portion formed of a resin composition described later as a mask, and the etching is performed. What functions as a mask when the film to be processed, which is a lower layer later, is further etched is preferable. In this case, the mask itself is a fine pattern mask having a fine pattern. In addition, without forming an independent film to be processed on the support, the intermediate film 103 for processing assistance is directly formed on the surface of the support and is processed to process the support surface as a film to be processed. A fine pattern mask is formed.

次に、基板100の表面に、凸部を有する第一の凸パターン104を形成させる(図2(a))。この基板100の表面は、図示するように加工補助用中間膜103である場合のほか、後述するように、被加工膜102である場合、あるいは支持体101そのものである場合もある。第一の凸パターン104は、具体的には、レジスト(例えばボジ型化学増幅レジスト)組成物等を塗布して、通常の方法で露光および現像して形成させることができる。ただし、第一の凸パターン104の形成方法はそれには限定されず、その他の方法で形成させることもできる。例えば、レジスト組成物以外の材料からなる層を形成させ、その層をリソグラフィー技術等によって加工して第一の凸パターン104を形成させてもよい。   Next, a first convex pattern 104 having convex portions is formed on the surface of the substrate 100 (FIG. 2A). The surface of the substrate 100 may be a processing assisting intermediate film 103 as shown in the figure, or may be a processing target film 102 or a support 101 itself, as will be described later. Specifically, the first convex pattern 104 can be formed by applying a resist (for example, a body-type chemically amplified resist) composition or the like, and exposing and developing by a usual method. However, the formation method of the 1st convex pattern 104 is not limited to it, It can also form by another method. For example, the first convex pattern 104 may be formed by forming a layer made of a material other than the resist composition and processing the layer by a lithography technique or the like.

上記第一の凸パターン104を形成させるために用いることのできる感放射線性樹脂組成物は、従来公知、公用の感放射線性樹脂組成物であれば何れのものでもよい。感放射線性樹脂組成物としては、例えば、ノボラック樹脂、ヒドロキシスチレン系樹脂、アクリル系樹脂などのアルカリ可溶性樹脂およびキノンジアジド化合物を含むポジ型レジスト、光照射により酸を発生しこの発生した酸の触煤作用を利用してレジストパターンを形成する化学増幅型のポジまたはネガ型レジストなどを挙げることができるが、光照射により酸を発生しこの発生した酸の触媒作用を利用してレジストパターンを形成する化学増幅型のボジ型レジストが好ましい。レジスト材料としては既に多数のものが提案され、また市販もされており、これら公知、公用のレジスト材料は何れのものであってもよい。また、感放射線性樹脂組成物を用いてのレジストパターン形成方法は、塗布方法、露光方法、ベーク方法、現像方法、現像剤、リンス方法などを含め従来知られた何れの方法を用いることもできる。   The radiation sensitive resin composition that can be used to form the first convex pattern 104 may be any conventionally known and publicly used radiation sensitive resin composition. Examples of the radiation-sensitive resin composition include a positive resist containing an alkali-soluble resin such as a novolak resin, a hydroxystyrene resin, an acrylic resin, and a quinonediazide compound, an acid generated by light irradiation, and the generated acid catalyst. Examples include chemically amplified positive or negative resists that form a resist pattern by using the action, but an acid is generated by light irradiation and the resist pattern is formed by using the catalytic action of the generated acid. A chemically amplified body type resist is preferred. Many resist materials have already been proposed and are commercially available, and any known or publicly available resist material may be used. Moreover, the resist pattern formation method using a radiation sensitive resin composition can use any conventionally known methods including a coating method, an exposure method, a baking method, a developing method, a developer, a rinsing method, and the like. .

また、最終的に微細なパターンを形成させるためには、第一の凸パターンがより微細であることが好ましい。このために、例えばArFやKrFを露光光源として用いるような微細パターンを形成する方法を用いることが好ましい。   In order to finally form a fine pattern, the first convex pattern is preferably finer. For this purpose, it is preferable to use a method of forming a fine pattern using, for example, ArF or KrF as an exposure light source.

第一の凸パターンの膜厚は、後述するスペーサー部の膜厚に対応する。例えば、加工補助用中間膜103の膜厚が20〜10000nmの範囲にある場合、後述するスペーサー部401の膜厚は、20〜5000nmの範囲にあることが好ましいので、第一の凸パターンの膜厚もそれと同等とすべきである。その理由は、スペーサー部401の膜厚が20nmより薄い場合、加工補助用中間膜103をエッチングする過程で、マスクとなるスペーサー部401が消費されてしまい、加工補助用中間膜103を所定の寸法及び形状に加工することが困難になるからである。一方、第一の凸パターン104の膜厚を薄くすれば、それだけ、露光時の露光量余裕度、フォーカス余裕度、或は解像度を向上させることができる。また、スペーサー部401の膜厚が5000nmより厚い場合、第一の凸パターンとしてのレジストパターンを解像する事自体が困難となるばかりか、樹脂組成物自体を埋め込む事が困難になることがあるので注意が必要である。   The film thickness of the first convex pattern corresponds to the film thickness of the spacer portion described later. For example, when the film thickness of the processing auxiliary intermediate film 103 is in the range of 20 to 10000 nm, the film thickness of the spacer portion 401 described later is preferably in the range of 20 to 5000 nm. The thickness should be equivalent. The reason is that when the spacer 401 has a thickness of less than 20 nm, the spacer portion 401 serving as a mask is consumed in the process of etching the processing-assisting intermediate film 103, and the processing-assisting intermediate film 103 has a predetermined size. This is because it becomes difficult to process into a shape. On the other hand, if the film thickness of the first convex pattern 104 is reduced, the exposure amount margin, the focus margin, or the resolution at the time of exposure can be improved accordingly. Further, when the thickness of the spacer portion 401 is larger than 5000 nm, it is difficult not only to resolve the resist pattern as the first convex pattern itself but also to embed the resin composition itself. So be careful.

このようにして形成された第一の凸パターン上に、前処理組成物を塗布する。用いられる前処理組成物は、前記したものと同様のものを用いて、前記したものと同様の方法により塗布することができる。一般的に、前処理組成物を第一の凸パターン部分だけに塗布するのは一般的に困難であるため、パターンを有する表面全体に前処理組成物を塗布する。図2(a)には、前処理組成物が層105を形成する場合を示したが、前処理組成物がポリマー等の被膜形成成分を有していない場合には、明確な層が形成されないこともある。前処理組成物を塗布後、前記した方法と同様に、加熱または乾燥、その後にリンス処理によって不要な付着物の洗浄などを組み合わせることもできる。   A pretreatment composition is applied on the first convex pattern thus formed. The pretreatment composition used can be applied by the same method as described above using the same one as described above. In general, since it is generally difficult to apply the pretreatment composition only to the first convex pattern portion, the pretreatment composition is applied to the entire surface having the pattern. FIG. 2 (a) shows the case where the pretreatment composition forms the layer 105, but when the pretreatment composition does not have a film-forming component such as a polymer, a clear layer is not formed. Sometimes. After applying the pretreatment composition, it is also possible to combine heating or drying, and then washing unnecessary deposits by rinsing in the same manner as described above.

次いで、図2(b)に示すように、この第一の凸パターン104を覆うように微細パターン形成用組成物を塗布し、被覆層201を形成させる。ここで用いられる微細パターン形成用組成物は、前記した、シラザン結合を有する繰り返し単位を含んでなる樹脂を含んでなるものである。   Next, as shown in FIG. 2B, a composition for forming a fine pattern is applied so as to cover the first convex pattern 104 to form a coating layer 201. The composition for forming a fine pattern used here comprises the above-described resin comprising a repeating unit having a silazane bond.

この微細パターン形成用組成物を前記と同様の方法で塗布し、加熱することによって、第一の凸パターンの近傍に存在する微細パターン形成用組成物が硬化して、硬化層301が形成される。この後、基板を溶剤によりリンス処理して未硬化の樹脂組成物を除去することにより、第一の凸パターンが硬化層301により被覆された、第一の凸パターンを微細化させたパターンを得ることができる(図2(c))。   By applying and heating this composition for forming a fine pattern in the same manner as described above, the composition for forming a fine pattern in the vicinity of the first convex pattern is cured, and a cured layer 301 is formed. . Thereafter, the substrate is rinsed with a solvent to remove the uncured resin composition, thereby obtaining a pattern in which the first convex pattern is made fine by covering the first convex pattern with the cured layer 301. (FIG. 2 (c)).

ここで、加熱により形成された硬化層301のみを残し、未反応の樹脂組成物を除去するリンス処理のために用いられる溶剤としては、硬化層に対しては溶解性が低く、樹脂組成物に対しては溶解性が高いものが選択される。より好ましくは、樹脂組成物に用いられている溶剤をリンス処理に用いる。   Here, as a solvent used for the rinsing process that leaves only the cured layer 301 formed by heating and removes the unreacted resin composition, the solvent has low solubility in the cured layer, and the resin composition On the other hand, one having high solubility is selected. More preferably, the solvent used in the resin composition is used for the rinse treatment.

次に、第一の凸パターン上に形成された硬化層を加工して、第一の凸パターンの凸部の側壁に第一の凸パターンを構成する物質とは異種の物質からなる層を形成させる。このような層を以下、便宜的にスペーサーと呼ぶ。このスペーサーを形成させるためには、第一の凸パターン上面を被覆する硬化層を選択的に除去する必要がある。この場合、選択的エッチングの方式としては、スペーサーを最終的に形成することが可能なものであれば、特に限定されることはない。例えば、硬化層側壁部を何らかの埋め込み剤にて保護した後のウェットエッチング方法、或は、ドライエッチング方法であれば、反応性イオンエッチング法、マグネトロン型反応性イオンエッチング法、電子ビームイオンエッチング法、ICPエッチング法、またはECRイオンエッチング法等のドライエッチング方法が挙げられる。前述の通り、硬化層はSiを中心として、その他の元素との化合物を形成する。ゆえに、ドライエッチング方法を用いる場合には、フッ素原子(F)を含むソースガスを用いることが好ましい。   Next, the hardened layer formed on the first convex pattern is processed to form a layer made of a material different from the substance constituting the first convex pattern on the side wall of the convex portion of the first convex pattern. Let Such a layer is hereinafter referred to as a spacer for convenience. In order to form this spacer, it is necessary to selectively remove the hardened layer covering the upper surface of the first convex pattern. In this case, the selective etching method is not particularly limited as long as the spacer can be finally formed. For example, a wet etching method after protecting the hardened layer side wall portion with any filling agent, or a dry ion etching method, a reactive ion etching method, a magnetron type reactive ion etching method, an electron beam ion etching method, Examples thereof include a dry etching method such as an ICP etching method or an ECR ion etching method. As described above, the hardened layer forms a compound with other elements around Si. Therefore, when a dry etching method is used, it is preferable to use a source gas containing fluorine atoms (F).

なお、前記した凸パターンおよびスペーサーが形成されている以外の部分である埋め込み底面、すなわち基板の表面にも、硬化層が形成されることがある。樹脂組成物の塗布方法や、硬化条件を調整することにより埋め込み底面に硬化層を形成させないこともできるが、一般的には埋め込み底面にも硬化層が形成される。このような場合には、それも除去する事が必要である。埋め込み底面の硬化層の除去は、前記のように凸パターンの凸部上側の硬化層を除去するのと同時に行うことが比較的簡便で好ましい。この場合にはエッチング条件を調整することで、凸部上側と埋め込み底面の硬化層を同時に除去する。しかしながら、埋め込み底面に形成された硬化層の除去は、微細なパターンマスクを利用して被加工膜をエッチング加工する前までの任意の段階、具体的には、第一の凸パターンの凸部上側の硬化層を除去する前、後述する第一の凸パターンの除去と同時、などに行うこともできる。ただし、加工補助用中間膜103が存在する場合には、それをエッチング加工する前に硬化膜の除去をすることが必要である。   In addition, a hardened layer may be formed on the embedded bottom surface, that is, the surface of the substrate, which is a portion other than the above-described convex patterns and spacers. Although it is possible to prevent the cured layer from being formed on the embedded bottom surface by adjusting the application method of the resin composition and the curing conditions, generally, the cured layer is also formed on the embedded bottom surface. In such a case, it is also necessary to remove it. The removal of the hardened layer on the bottom surface of the embedding is relatively simple and preferably performed at the same time as the removal of the hardened layer above the convex portion of the convex pattern. In this case, by adjusting the etching conditions, the hardened layer on the upper side of the convex portion and the embedded bottom surface is simultaneously removed. However, the removal of the hardened layer formed on the bottom surface of the embedding can be performed at any stage before etching the film to be processed using a fine pattern mask, specifically, above the convex portion of the first convex pattern. Before removing the cured layer, it can be performed simultaneously with the removal of the first convex pattern described later. However, in the case where the processing auxiliary intermediate film 103 exists, it is necessary to remove the cured film before etching it.

このような加工により、第一の凸パターンの凸部の側壁に第一の凸パターンを構成する物質とは異種の物質からなる層(スペーサー)401を形成させ、第二の凸パターン(図2(d))を形成させる。ここで、本発明においては、微細パターン形成用組成物を塗布する前に前処理組成物を塗布しているために、微細パターン形成用組成物の硬化反応が促進され、硬化層301が厚くなり、このためにスペーサー401の幅が厚くなる。言い換えれば、レジストパターンや微細パターン形成用組成物を変更しなくても、前処理組成物を変更することによって、スペーサー401の幅を制御することができる。   By such processing, a layer (spacer) 401 made of a material different from the material constituting the first convex pattern is formed on the side wall of the convex portion of the first convex pattern, and the second convex pattern (FIG. 2) is formed. (D)) is formed. Here, in the present invention, since the pretreatment composition is applied before applying the fine pattern forming composition, the curing reaction of the fine pattern forming composition is promoted, and the cured layer 301 becomes thick. For this reason, the width of the spacer 401 is increased. In other words, the width of the spacer 401 can be controlled by changing the pretreatment composition without changing the resist pattern or the composition for forming a fine pattern.

次に、ドライエッチング法を用いて、第一の凸パターン104を除去してスペーサー401のみからなるマスク層を形成させ(図示せず)、さらにエッチング処理により、加工補助用中間膜103のうちスペーサー401に被覆されていない部分を除去する。すなわちスペーサー401からなる第二の凸パターンをマスクとして、加工補助用中間膜103をエッチングし、加工補助用中間膜に由来するパターン501を形成させる(図2(e))。ここで、第一の凸パターンの除去と、加工補助用中間膜または被加工膜の除去とは、エッチングの条件を調整するなどして独立に行うことも、また単一の条件で同時または連続して行うこともできる。ここで、エッチングの条件を調整し、第一の凸パターンのみを除去した段階で処理を終了させると、スペーサー401のみからなるマスク層を得ることができる。パターン501は、初期に形成させた第一の凸パターン104がライン・アンド・スペースであった場合には、各ラインの両側にラインパターンとしてスペーサーが形成される。したがって、ラインパターンの数を考えると、2倍のパターンが形成されることとなる。したがって、このような方法はパターンを2倍化させる方法ということもできる。   Next, by using a dry etching method, the first convex pattern 104 is removed to form a mask layer made of only the spacer 401 (not shown), and further, a spacer in the processing auxiliary intermediate film 103 is etched. The part not covered with 401 is removed. That is, the processing assisting intermediate film 103 is etched using the second convex pattern of the spacer 401 as a mask to form a pattern 501 derived from the processing assisting intermediate film (FIG. 2E). Here, the removal of the first convex pattern and the removal of the processing auxiliary intermediate film or the film to be processed can be performed independently by adjusting the etching conditions, or can be performed simultaneously or continuously under a single condition. It can also be done. Here, when the etching conditions are adjusted and the process is terminated at the stage where only the first convex pattern is removed, a mask layer made of only the spacer 401 can be obtained. In the pattern 501, when the first convex pattern 104 formed in the initial stage is line and space, spacers are formed as line patterns on both sides of each line. Therefore, considering the number of line patterns, twice as many patterns are formed. Therefore, it can be said that such a method is a method of doubling the pattern.

なお、パターン501を形成させるエッチングに先立って、第一の凸パターン間のスペース部に樹脂等を埋め込むことが好ましい。すなわち、エッチング処理において第二の凸パターンは側壁の一部が露出しているため、エッチングの効果によって幅が狭くなることがあるので、樹脂の埋め込みによって第二の凸パターンを保護することが好ましい。このような樹脂としては種々のものから任意に選択できるが、第一の凸パターンと同等のエッチング選択比を有する有機物が好ましい。このような有機物としては、例えばポリビニルピロリドンなどを溶剤に溶解させたものが挙げられる。   Prior to the etching for forming the pattern 501, it is preferable to embed a resin or the like in the space between the first convex patterns. That is, in the etching process, a part of the side wall of the second convex pattern is exposed, and the width may be narrowed due to the etching effect. Therefore, it is preferable to protect the second convex pattern by embedding resin. . Such a resin can be arbitrarily selected from various resins, but an organic material having an etching selectivity equivalent to that of the first convex pattern is preferable. As such an organic substance, for example, polyvinyl pyrrolidone or the like dissolved in a solvent can be mentioned.

この場合、ドライエッチングの方式としては、加工補助用中間膜103を加工することが可能なものであれば、特に限定されることはない。例えば、反応性イオンエッチング法、マグネトロン型反応性イオンエッチング法、電子ビームイオンエッチング法、ICPエッチング法、またはECRイオンエッチング法等、微細加工が可能なものから適切に選択することができる。ソースガスとしては、酸素原子(O)、窒素原子(N)、塩素原子(Cl)、臭素原子(Br)からなる群のうち、少なくとも何れか一つを含むガスを用いることが好ましい。これらの原子を含むガスを用いて放電させて得られたエッチャントに対して、無機元素と酸素の結合をもった化合物は、不活性であるためスペーサー部に対して好適に作用する。   In this case, the dry etching method is not particularly limited as long as the processing auxiliary intermediate film 103 can be processed. For example, a reactive ion etching method, a magnetron type reactive ion etching method, an electron beam ion etching method, an ICP etching method, or an ECR ion etching method can be appropriately selected. As the source gas, it is preferable to use a gas containing at least one of the group consisting of an oxygen atom (O), a nitrogen atom (N), a chlorine atom (Cl), and a bromine atom (Br). For an etchant obtained by discharging using a gas containing these atoms, a compound having a bond between an inorganic element and oxygen is inactive, and thus preferably acts on the spacer portion.

このために、加工補助用中間膜103を異方性良くエッチング加工することが可能になる。酸素原子を含むエッチングガスとしては、O、CO、CO、窒素原子を含むエッチングガスとしては、N、NH、塩素原子を含むエッチングガスとしては、Cl、HCl、BCl、また、臭素原子を含むエッチングガスとしては、HBr、Brを挙げることができる。これらのエッチングガスは、混合して使用しても良い。さらに、エッチングガスには、硫黄原子(S)を含んでいても良く、その理由は、被加工膜を異方性良く加工できるからである。この他に、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)などのガスを含んでいても良い。 For this reason, it becomes possible to etch the intermediate film for processing 103 with good anisotropy. The etching gas containing oxygen atoms is O 2 , CO, CO 2 , the etching gas containing nitrogen atoms is N 2 , NH 3 , the etching gas containing chlorine atoms is Cl 2 , HCl, BCl 3 , or Examples of the etching gas containing bromine atoms include HBr and Br 2 . These etching gases may be mixed and used. Furthermore, the etching gas may contain sulfur atoms (S) because the film to be processed can be processed with good anisotropy. In addition, a gas such as argon (Ar) or helium (He) may be included.

パターン501が形成された後、パターン501上に残ったスペーサー401は必要に応じて除去される(図2(f))。これにより被加工膜102を加工するためのマスクとして利用できる微細パターンが形成される。また、加工補助用中間膜が形成されていない場合には、被加工膜が加工された微細パターンが形成される。この場合例えば、ウェットエッチング方法、或は、ドライエッチング方法であれば、反応性イオンエッチング法、マグネトロン型反応性イオンエッチング法、電子ビームイオンエッチング法、ICPエッチング法、またはECRイオンエッチング法等のドライエッチング方法が挙げられる。前述の通り、硬化層はSiを中心として、その他の元素との化合物を形成する。ゆえに、ドライエッチング方法を用いる場合には、フッ素原子(F)を含むソースガスを用いることが好ましい。しかしながら、被加工膜102が空間露出している為、被加工膜を痛めない方法を前述の方法群から選択する必要がある。   After the pattern 501 is formed, the spacer 401 remaining on the pattern 501 is removed as necessary (FIG. 2F). As a result, a fine pattern that can be used as a mask for processing the film to be processed 102 is formed. Further, when the processing auxiliary intermediate film is not formed, a fine pattern is formed by processing the processed film. In this case, for example, in the case of a wet etching method or a dry etching method, a dry method such as a reactive ion etching method, a magnetron type reactive ion etching method, an electron beam ion etching method, an ICP etching method, or an ECR ion etching method is used. An etching method is mentioned. As described above, the hardened layer forms a compound with other elements around Si. Therefore, when a dry etching method is used, it is preferable to use a source gas containing fluorine atoms (F). However, since the film to be processed 102 is exposed in space, a method that does not damage the film to be processed needs to be selected from the above method group.

次いで、このパターン501をエッチングマスクとして被加工膜102の加工を行う。この被加工膜の加工方法としては、例えば、ウェットエッチング方法、またはドライエッチング方法を用いることができ、より具体的には、反応性イオンエッチング法、マグネトロン型反応性イオンエッチング法、電子ビームイオンエッチング法、ICPエッチング法、またはECRイオンエッチング法等のドライエッチング方法が挙げられる。被加工膜の材質に応じてエッチャントを選択することが一般的である。   Next, the film to be processed 102 is processed using the pattern 501 as an etching mask. As the processing method of the film to be processed, for example, a wet etching method or a dry etching method can be used, and more specifically, a reactive ion etching method, a magnetron type reactive ion etching method, an electron beam ion etching method, or the like. And dry etching methods such as an ICP etching method or an ECR ion etching method. It is common to select an etchant according to the material of the film to be processed.

このような被加工膜の加工により、被加工膜からなる微細なパターン601が形成され(図2(g))、さらに必要に応じて、マスクとして残存していたパターン501が除去される。   By processing such a film to be processed, a fine pattern 601 made of the film to be processed is formed (FIG. 2G), and the pattern 501 remaining as a mask is further removed as necessary.

上記の説明においては、支持体上に被加工膜および加工補助用中間膜が形成された基板を用い、その上に直接形成された微細なパターンマスクを用いて微細パターンを形成させる方法を説明した。しかし、本発明による方法はそれに限定されず、支持体だけで構成された基板や、支持体上に被加工膜を有するが、加工補助用中間膜を有さない基板を用いることができる。いずれの場合にも、基板の表面、言い換えれば第一の凸パターンが形成された直下の膜あるいは支持体の表面部分を本発明の方法によって加工することによって、微細なパターンを形成させることができる。また、加工補助用中間膜を複数積層し、その最上層、すなわち第一の凸パターンが形成された直下の膜を本発明の方法によって加工して、微細なパターンマスクを形成させ、そのパターンマスクを用いてその直下にある次の加工補助用中間膜をエッチングなどにより加工して次のパターンマスクを形成させることもできる。言い換えれば、本発明の方法によって基板の表面が加工されるが、得られる微細なパターンは、そのパターンに応じた別の微細なパターンを形成させるためのパターンマスクにも使用できるのである。   In the above description, a method of forming a fine pattern using a substrate on which a film to be processed and an intermediate film for processing support are formed on a support and using a fine pattern mask directly formed thereon is described. . However, the method according to the present invention is not limited thereto, and a substrate composed only of a support or a substrate having a film to be processed on the support but not having an intermediate film for processing assistance can be used. In either case, a fine pattern can be formed by processing the surface of the substrate, in other words, the film immediately below the first convex pattern or the surface portion of the support by the method of the present invention. . Also, a plurality of processing auxiliary intermediate films are laminated, and the uppermost layer, that is, the film immediately below the first convex pattern is processed by the method of the present invention to form a fine pattern mask. It is also possible to form the next pattern mask by processing the next processing auxiliary intermediate film directly underneath by etching or the like. In other words, the surface of the substrate is processed by the method of the present invention, but the obtained fine pattern can also be used as a pattern mask for forming another fine pattern corresponding to the pattern.

さらには、例えば、ベアなガラス基板等の透明支持体に加工補助用中間膜103を形成させた基板を本発明による方法により加工することにより独立した微細パターンマスクを形成させ、さらにそれを別に準備された絶縁材料膜や導電性材料膜の上に形成されたレジスト膜に密着させて露光する、いわゆるコンタクト露光を行うことによりパターンを形成させたり、基板上に上記した方法に従って形成された微細なパターンマスクを、別に準備された絶縁材料膜や導電性材料膜の上に転写してから、そのパターンマスクを介してエッチングを行ってパターンを形成させたりすることもできる。言い換えれば、本発明の方法によって基板の表面が加工されるが、得られる微細なパターンは、そのパターンに応じた別の微細なパターンを形成させるためのパターンマスクにも使用できるのである。   Further, for example, an independent fine pattern mask is formed by processing a substrate in which a processing support intermediate film 103 is formed on a transparent support such as a bare glass substrate by the method according to the present invention, and further preparing it separately. A pattern is formed by performing so-called contact exposure, which is performed by adhering to a resist film formed on the insulating material film or conductive material film formed, or a fine pattern formed on the substrate according to the above-described method. It is also possible to transfer the pattern mask onto a separately prepared insulating material film or conductive material film and then perform etching through the pattern mask to form a pattern. In other words, the surface of the substrate is processed by the method of the present invention, but the obtained fine pattern can also be used as a pattern mask for forming another fine pattern corresponding to the pattern.

さらに別の微細パターン形成方法
前記した、別の実施態様による微細パターン形成方法が、第一の凸パターンの凸部の側壁に形成されたスペーサーをマスクとしてパターンを形成するものであるのに対して、さらに別の実施態様による微細パターン形成方法は、スペーサーおよびスペーサーの下層を除去することによりパターンを形成するものである。このような本発明のもうひとつの実施形態について、図3(a)〜(h)を参照しながら詳細に説明すると以下の通りである。
Still another fine pattern forming method The fine pattern forming method according to another embodiment described above forms a pattern using the spacer formed on the side wall of the convex portion of the first convex pattern as a mask. The fine pattern forming method according to still another embodiment forms a pattern by removing the spacer and the lower layer of the spacer. Another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3A to 3H.

まず、前記の別の実施態様による微細パターンの形成方法と同様にして、第一の凸パターンの凸部の側壁にスペーサーを形成させる(図3(a)〜(d))。これまでの工程は、最初に説明した、基本的な微細パターン形成方法と同じである。   First, a spacer is formed on the side wall of the convex portion of the first convex pattern in the same manner as in the fine pattern forming method according to the other embodiment (FIGS. 3A to 3D). The steps so far are the same as the basic fine pattern forming method described above.

次いで、第一の凸パターンの間のスペース部に第一の凸パターンと同等の物質104Aを埋め込む。(図3(e))。第一の凸パターンの間のスペース部はスペーサー401により微細化されているため、実質的にはスペーサーの間にある空間がスペース部となる。   Next, a material 104A equivalent to the first convex pattern is embedded in the space between the first convex patterns. (FIG. 3 (e)). Since the space portion between the first convex patterns is miniaturized by the spacer 401, the space between the spacers substantially becomes the space portion.

第一の凸パターンの間のスペース部に埋め込まれる、第一の凸パターンと同等の物質は、第一のパターンを形成するのに用いたものと同じものであることが好ましい。例えばレジスト樹脂等で第一の凸パターンを形成させた場合には、第一の凸パターンを形成させるのに用いたレジスト組成物をスペース部に充填し、硬化させることが好ましい。しかしながら、このスペース部に埋め込まれた材料は、後に第一の凸パターンに対する補填パターンを形成するものである。言い換えれば、スペース部に埋め込まれた材料が、第一の凸パターンに対して、追加の凸部を形成する。すなわち、最終的な微細パターンを形成する際に、第一の凸パターンと同様のマスク材料として機能することが必要なものである。したがって、ここで第一の凸パターンと同等の物質とは、第一の凸パターンを形成するのに用いられた物質と同一であることは必須ではなく、第一の凸パターンと同様のマスク材料として機能し、さらに第一の凸パターンと同様にエッチングや除去ができるものであればよい。   The material equivalent to the first convex pattern embedded in the space between the first convex patterns is preferably the same as that used to form the first pattern. For example, when the first convex pattern is formed with a resist resin or the like, it is preferable that the resist composition used for forming the first convex pattern is filled in the space portion and cured. However, the material embedded in the space portion later forms a compensation pattern for the first convex pattern. In other words, the material embedded in the space portion forms an additional convex portion with respect to the first convex pattern. That is, when forming a final fine pattern, it is necessary to function as a mask material similar to the first convex pattern. Accordingly, the material equivalent to the first convex pattern here is not necessarily the same as the material used to form the first convex pattern, and is the same mask material as the first convex pattern. And can be etched or removed in the same manner as the first convex pattern.

また、最終的な微細パターンを形成させるマスク材料として機能させるためには、スペース部に埋め込む材料層の厚さは第一の凸パターンと同等の厚さを有することが好ましい。このため、埋め込みを行う際には、第一の凸パターンと同等の高さまで埋め込むことが好ましい。また、第一の凸パターン以上の高さまで埋め込みを行った後、第一の凸パターンと同等の高さになるまでエッチング処理等を行うことにより平坦化させることもできる。図3(e)においては、埋め込まれた材料104Aの高さは、第一の凸パターン104と区別するために異なった高さに記載されているが、この高さの差が少ないことが好ましい。   In order to function as a mask material for forming a final fine pattern, it is preferable that the thickness of the material layer embedded in the space portion has a thickness equivalent to that of the first convex pattern. For this reason, when embedding is performed, it is preferable to embed up to the same height as the first convex pattern. Moreover, after embedding to the height more than a 1st convex pattern, it can also planarize by performing an etching process etc. until it becomes the height equivalent to a 1st convex pattern. In FIG. 3 (e), the height of the embedded material 104A is shown as a different height to distinguish it from the first convex pattern 104, but it is preferable that the difference in height is small. .

引き続き、第一の微細パターン形成方法の項で述べたのと同様の方法により、スペーサー401を除去する(図3(f))。これにより、被加工膜102または加工補助用中間膜103をエッチング処理するためのマスクが形成される。このマスクは、第一の凸パターン104と、それに対する補填パターン104Aとからなるものである。そして、パターンマスクの開口部または溝等は、スペーサー401が存在した部分である。本発明においては、前処理組成物を用いることで硬化層301の厚さを調整することが可能であり、このためにスペーサー401の幅も調整できる。したがって、この実施態様においては、前処理組成物によって、マスクの開口部系または溝幅を調整することができるのである。   Subsequently, the spacer 401 is removed by the same method as described in the first fine pattern forming method (FIG. 3F). Thus, a mask for etching the film to be processed 102 or the processing auxiliary intermediate film 103 is formed. This mask is composed of the first convex pattern 104 and a compensation pattern 104A corresponding thereto. The opening or groove of the pattern mask is a portion where the spacer 401 is present. In the present invention, the thickness of the cured layer 301 can be adjusted by using the pretreatment composition. For this reason, the width of the spacer 401 can also be adjusted. Therefore, in this embodiment, the mask opening system or groove width can be adjusted by the pretreatment composition.

第一の凸パターン104と、それに対する補填パターン104Aとからなるマスクを利用して加工補助用中間膜103を加工し(図3(g))、被加工膜102を加工するための微細パターンマスクが形成させる。さらにそのパターン化された加工補助用中間膜103をマスクとして被加工膜102を加工する(図3(h))。これにより、スペーサー401に対応する溝を有する微細なパターンを得ることができる。   A fine pattern mask for processing the processing target film 102 by processing the processing auxiliary intermediate film 103 using the mask composed of the first convex pattern 104 and the compensation pattern 104A corresponding thereto (FIG. 3G). To form. Further, the processed film 102 is processed using the patterned processing auxiliary intermediate film 103 as a mask (FIG. 3H). Thereby, a fine pattern having a groove corresponding to the spacer 401 can be obtained.

以上説明したとおり、本発明の微細パターンの形成方法は、本発明において特定された工程を含むことを必須とするが、それ以外には従来公知の方法を組み合わせることができる。したがって、第一の凸パターンにレジストパターンを用いる場合、レジストパターンを形成するために用いられるフォトレジスト、およびこれを用いてのレジストの形成方法は従来公知のフォトレジストおよび従来公知のレジスト形成法のいずれのものであってもよい。なお、レジストパターンは、一般的に用いられている任意のものを用いることができる。一方、第一の凸パターンは上記微細パターン形成後のフォトレジストをエッチングマスクとして下層をエッチングした後の凸パターンも使用可能である。   As described above, the method for forming a fine pattern of the present invention is required to include the steps specified in the present invention, but otherwise known methods can be combined. Therefore, when a resist pattern is used for the first convex pattern, the photoresist used for forming the resist pattern, and the resist forming method using the photoresist are the conventional photoresist and the conventionally known resist forming method. Any one may be used. In addition, the resist pattern can use the arbitrary thing generally used. On the other hand, the first convex pattern can be a convex pattern after etching the lower layer using the photoresist after the fine pattern is formed as an etching mask.

本発明を諸例を用いて説明すると以下の通りである。   The present invention will be described below with reference to various examples.

調製例
まず、AZエレクトロニックマテリアルズ社製ポリシラザンをジブチルエーテル中に約10重量%の濃度で溶解させ、0.05ミクロンのフィルターで濾過して、ポリシラザン組成物(微細パターン形成用組成物)を調製した。
Preparation Example First, polysilazane manufactured by AZ Electronic Materials was dissolved in dibutyl ether at a concentration of about 10% by weight and filtered through a 0.05 micron filter to prepare a polysilazane composition (composition for forming a fine pattern). did.

次に、表1に示された通りの前処理用組成物を準備した。溶媒には純水を用い、各成分を溶解させることにより前処理組成物を調製した。なお、酢酸ビニル/ビニルアルコールコポリマーおよびビニルイミダゾール/ビニルピロリドンコポリマーはAZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製のものを、ポリエチレンイミンは関東化学株式会社製のものを、ポリアリルアミンはシグマ・アルドリッチ社製のものを用いた。   Next, a pretreatment composition as shown in Table 1 was prepared. Pure water was used as a solvent, and a pretreatment composition was prepared by dissolving each component. Vinyl acetate / vinyl alcohol copolymer and vinyl imidazole / vinyl pyrrolidone copolymer are those manufactured by AZ Electronic Materials, polyethyleneimine is manufactured by Kanto Chemical Co., and polyallylamine is manufactured by Sigma-Aldrich. Using.

比較例1〜3および実施例1〜30
KrFレジストDX5250P(商品名、AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製)を基板にスピンコーティングした後、通常の手法で露光して、ピッチ1:5のラインアンドスペースパターン(ライン幅180nm)を形成させた。次いで、表1に示す通り、パターンの表面に前処理組成物を塗布せず、または前処理組成物をそれぞれ塗布してからベーキングした。ベーキングは、表1に示した条件で行った。
Comparative Examples 1-3 and Examples 1-30
KrF resist DX5250P (trade name, manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) was spin-coated on the substrate, and then exposed by a normal method to form a line and space pattern (line width 180 nm) with a pitch of 1: 5. Next, as shown in Table 1, the pretreatment composition was not applied to the surface of the pattern, or the pretreatment composition was applied and baked. Baking was performed under the conditions shown in Table 1.

その後、それぞれの基板を純水で60秒リンスした後にスピン乾燥させた。更にその基板にポリシラザン組成物を塗布してから90℃/60秒ベークし、更にジブチルエーテルで60秒リンスした後にスピン乾燥して、実施例1〜30の試料を得た。   Thereafter, each substrate was rinsed with pure water for 60 seconds and then spin-dried. Furthermore, after applying the polysilazane composition to the substrate, it was baked at 90 ° C./60 seconds, rinsed with dibutyl ether for 60 seconds, and then spin-dried to obtain samples of Examples 1 to 30.

また、実施例1と同様にレジストパターンを形成させたものを比較例1の試料とした。さらに、比較例1の試料に対して、表1に示す通り、パターンの表面に前処理組成物を塗布してからベーキングを行い、比較例2および3の試料を得た。比較例1〜3の試料にはポリシラザン組成物の塗布は行わなかった。   Further, a sample in which a resist pattern was formed in the same manner as in Example 1 was used as a sample of Comparative Example 1. Furthermore, as shown in Table 1, the sample of Comparative Example 1 was baked after the pretreatment composition was applied to the surface of the pattern, and Samples of Comparative Examples 2 and 3 were obtained. The polysilazane composition was not applied to the samples of Comparative Examples 1 to 3.

得られたパターンに対して、側長走査型電子顕微鏡(S−9200(商品名)、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて、ポリシラザン組成物を用いてパターン微細化処理する前及び処理した後のラインの寸法を測定し、パターン幅の増加量を算出した。   The obtained pattern was subjected to before and after pattern refining treatment using a polysilazane composition using a side scanning electron microscope (S-9200 (trade name), manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). The dimension of the subsequent line was measured, and the amount of increase in pattern width was calculated.

更に、ドライエッチャー(NE5000N(商品名)、株式会社アルバック製)を用い、実施例1〜30および比較例1〜3のパターンに対するエッチング前後の膜厚差を測定し、比較例1のパターンに対するエッチング前後の膜厚差を1としたときの割合を算出し、ドライエッチング耐性を評価した。   Further, using a dry etcher (NE5000N (trade name) manufactured by ULVAC, Inc.), the film thickness difference before and after etching with respect to the patterns of Examples 1 to 30 and Comparative Examples 1 to 3 was measured. The ratio when the film thickness difference between before and after was set to 1 was calculated, and dry etching resistance was evaluated.

得られた結果は表1に示すとおりであった。   The obtained results were as shown in Table 1.

Figure 2010250118
Figure 2010250118

表1の結果から、ポリシラザン組成物を用いてパターンを被覆することによって、パターン幅が増加して、パターンの微細化が達成されるが、さらに前処理組成物を用いた場合には窒素含有塩基性化合物を含む場合にはパターン幅増加量が増大し、また塩基性ポリマーを含む場合にはドライエッチング耐性が改善されることがわかった。   From the results in Table 1, by covering the pattern with the polysilazane composition, the pattern width is increased and the pattern is made finer. However, when the pretreatment composition is used, the nitrogen-containing base is used. It was found that the amount of increase in the pattern width increases when the organic compound is included, and the dry etching resistance is improved when the basic polymer is included.

比較例4および実施例31〜36
ArFレジストAX3110P(商品名、AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製)を基板にスピンコーティングした後、通常の手法で露光して、ピッチ1:1のトレンチパターン(トレンチ幅120nm)を形成させた(比較例4)。次に、表2に示された通りの前処理用組成物を準備した。溶媒には純水を用い、各成分を溶解させることにより前処理組成物を調製した。次いで、表2に示す通り、パターンの表面に前処理組成物を塗布せず、または前処理組成物をそれぞれ塗布した。更にその基板にポリシラザン組成物を塗布してから90℃/60秒ベークし、更にジブチルエーテルで60秒リンスした後にスピン乾燥した。
Comparative Example 4 and Examples 31-36
ArF resist AX3110P (trade name, manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) was spin-coated on the substrate, and then exposed by a normal method to form a trench pattern (trench width 120 nm) with a pitch of 1: 1 (Comparative Example). 4). Next, a pretreatment composition as shown in Table 2 was prepared. Pure water was used as a solvent, and a pretreatment composition was prepared by dissolving each component. Next, as shown in Table 2, the pretreatment composition was not applied to the surface of the pattern, or the pretreatment composition was applied. Further, after applying the polysilazane composition to the substrate, it was baked at 90 ° C. for 60 seconds, rinsed with dibutyl ether for 60 seconds, and then spin-dried.

得られたパターンに対して、側長走査型電子顕微鏡(S−9200(商品名)、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて、ポリシラザン組成物を用いてパターン微細化処理する前及び処理した後のトレンチの寸法を測定し、パターン幅の増加量を算出た。   The obtained pattern was processed before and after pattern refining using a polysilazane composition using a side-long scanning electron microscope (S-9200 (trade name), manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). The dimension of the subsequent trench was measured, and the increase amount of the pattern width was calculated.

得られた結果は表2に示すとおりであった。   The obtained results were as shown in Table 2.

Figure 2010250118
Figure 2010250118

表2の結果から、窒素含有塩基性化合物の濃度を上げることでパターン幅増加量が増えることが分かった。   From the results in Table 2, it was found that the pattern width increase amount was increased by increasing the concentration of the nitrogen-containing basic compound.

比較例5および実施例38
ArFレジストAX3110P(商品名、AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社製)を基板にスピンコーティングした後、通常の手法で露光して、ピッチ1:1のトレンチパターンを形成させた。次いで、パターンの表面に、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを0.01重量%の濃度で純水に溶解させた前処理組成物を塗布した。更にその基板にポリシラザン組成物を塗布してから90℃/60秒ベークし、更にジブチルエーテルで60秒リンスした後にスピン乾燥した。
Comparative Example 5 and Example 38
ArF resist AX3110P (trade name, manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) was spin-coated on the substrate, and then exposed by a normal method to form a trench pattern with a pitch of 1: 1. Next, a pretreatment composition in which tetramethylammonium hydroxide was dissolved in pure water at a concentration of 0.01% by weight was applied to the surface of the pattern. Further, after applying the polysilazane composition to the substrate, it was baked at 90 ° C. for 60 seconds, rinsed with dibutyl ether for 60 seconds, and then spin-dried.

さらに、CFをエッチングガスとして、ドライエッチャー(NE5000N(商品名)、株式会社アルバック製)によりパターン上面に形成されたポリシラザン組成物に由来する硬化層を除去した。さらにOガスを用いて、レジストに由来するパターンを除去することにより、ポリシラザン組成物に由来するシリカ質からなる第二の凸パターンを形成させた(実施例20)。この凸パターンのパターン幅は50nmであり、パターンの倒れはなかった。 Further, the cured layer derived from the polysilazane composition formed on the upper surface of the pattern was removed by dry etching (NE5000N (trade name), manufactured by ULVAC, Inc.) using CF 4 as an etching gas. Further with O 2 gas, by removing the pattern from the resist to form a second convex pattern composed of siliceous derived from polysilazane composition (Example 20). The pattern width of this convex pattern was 50 nm, and there was no pattern collapse.

一方、前処理組成物の塗布と、その直後のベーキングを行わなかったほかは、実施例20と同様にして第二の凸パターンを形成させた(比較例5)。第二の凸パターンは得られたが、得られたパターンの幅が狭すぎ、パターンの倒れが認められた。   On the other hand, a second convex pattern was formed in the same manner as in Example 20 except that the pretreatment composition was not applied and baking was performed immediately thereafter (Comparative Example 5). Although the second convex pattern was obtained, the width of the obtained pattern was too narrow, and pattern collapse was observed.

1 基板
2 レジスト膜
3 微細パターン形成用組成物層
4 硬化層
5 前処理組成物層
6 吸着樹脂
100 基板
101 支持体
102 被加工膜
103 中間膜
104 第一の凸パターン
104A 埋め込み材料
105 前処理組成物層
201 被覆層
301 硬化層
401 スペーサー
501 中間膜に由来するパターン
601 微細パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Resist film 3 Fine pattern formation composition layer 4 Hardened layer 5 Pretreatment composition layer 6 Adsorption resin 100 Substrate 101 Support body 102 Processed film 103 Intermediate film 104 First convex pattern 104A Embedding material 105 Pretreatment composition Physical layer 201 Coating layer 301 Hardened layer 401 Spacer 501 Pattern 601 derived from intermediate film Fine pattern

Claims (15)

基板の表面上に、凸部を有する第一の凸パターンを形成させる工程、
前記第一の凸パターン上にシラザン結合を有する繰返し単位を含んでなる樹脂と、前記樹脂を溶解し、かつ前記凸パターンを溶解しない溶剤とを含んでなる樹脂組成物を塗布する塗布工程、
前記塗布工程後の基板を加熱して、前記凸部に隣接した部分に存在する前記樹脂組成物を硬化させる硬化工程、
前記硬化工程後の基板をリンス処理して未硬化の樹脂組成物を除去する工程、および
前記凸部の上側表面に形成された硬化層を除去することにより、前記凸部の側壁に前記第一の凸パターンを構成する物質とは異種の物質からなる層を形成させる工程
を含むことを特徴とする微細パターン形成方法。
Forming a first convex pattern having convex portions on the surface of the substrate;
An application step of applying a resin composition comprising a resin comprising a repeating unit having a silazane bond on the first convex pattern, and a solvent that dissolves the resin and does not dissolve the convex pattern,
A curing step of heating the substrate after the coating step and curing the resin composition present in a portion adjacent to the convex portion;
The step of rinsing the substrate after the curing step to remove the uncured resin composition, and removing the cured layer formed on the upper surface of the convex portion, the first on the side wall of the convex portion A method of forming a fine pattern, comprising a step of forming a layer made of a substance different from the substance constituting the convex pattern.
前記塗布工程の前に、塩基性化合物を含んでなる前処理組成物を塗布する前処理工程をさらに含む、請求項1に記載の微細パターンの形成方法。   The method for forming a fine pattern according to claim 1, further comprising a pretreatment step of applying a pretreatment composition comprising a basic compound before the coating step. 前記塩基性化合物が窒素含有塩基性化合物からなる群から選択される、請求項1に記載の微細パターン形成方法。   The fine pattern forming method according to claim 1, wherein the basic compound is selected from the group consisting of nitrogen-containing basic compounds. 前記窒素含有塩基性化合物が、下記一般式(A)〜(C)で表されるものである、請求項3に記載の微細パターン形成方法:
Figure 2010250118
(式中、R〜Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4の飽和炭化水素基、および炭素数1〜4のアルカノール基からなる群から選択される基であるか、R〜Rのうちの2つが共有結合により結合されて炭素数2〜5の炭素環、含酸素炭素環、または含窒素炭素環を形成しており、ただし、式(A)および(B)において、R〜Rは同時に水素ではなく、nは1〜3の数である。)
The fine pattern forming method according to claim 3, wherein the nitrogen-containing basic compound is represented by the following general formulas (A) to (C):
Figure 2010250118
(Wherein R a to R d are each independently a group selected from the group consisting of hydrogen, a saturated hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and an alkanol group having 1 to 4 carbon atoms, or R two of a to R d are bonded by a covalent bond to form a carbocycle having 2 to 5 carbon atoms, an oxygen-containing carbocycle, or a nitrogen-containing carbocycle, provided that the formulas (A) and (B) R a to R d are not hydrogen at the same time, and n is a number from 1 to 3.)
前記窒素含有塩基性化合物が、1級アミンまたは2級アミンである、請求項3または4に記載の微細パターン形成方法。   The fine pattern forming method according to claim 3 or 4, wherein the nitrogen-containing basic compound is a primary amine or a secondary amine. 前記窒素含有塩基性化合物が、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ピペリジン、ピペラジン、ヒドロキシエチルピペラジン、エタノールアミン、イソプロパノールアミン、ジエタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、2−(2−アミノエチルアミノ)エタノール、モルホリン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、およびテトラエチルアンモニウムハイドロオキサイドからなる群から選択される、請求項3〜5のいずれか1項に記載の微細パターン形成方法。   The nitrogen-containing basic compound is ethylenediamine, propylenediamine, piperidine, piperazine, hydroxyethylpiperazine, ethanolamine, isopropanolamine, diethanolamine, N-methylethanolamine, N-ethylethanolamine, N, N-dimethylethanolamine, N Or N-diethylethanolamine, 2- (2-aminoethylamino) ethanol, morpholine, tetramethylammonium hydroxide, and tetraethylammonium hydroxide according to any one of claims 3-5. The fine pattern forming method described. 前記塩基性化合物が、塩基性ポリマーである、請求項2に記載の微細パターン形成方法。   The fine pattern forming method according to claim 2, wherein the basic compound is a basic polymer. 前記塩基性ポリマーが、ビニルイミダゾール、エチレンイミン、ビニルアミン、アリルアミン、またはそれらの混合物を重合単位として含むものである、請求項7に記載の微細パターン形成方法。   The fine pattern forming method according to claim 7, wherein the basic polymer contains vinylimidazole, ethyleneimine, vinylamine, allylamine, or a mixture thereof as a polymerization unit. 前記のシラザン結合を有する繰り返し単位が、下記式(I)で表されるものである、請求項1〜8に記載の微細パターン形成方法。
Figure 2010250118
(式中、R〜Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6の飽和炭化水素基、および炭素数1〜6の飽和炭化水素基を有するシラザン基からなる群から選択される基である。)
The fine pattern forming method according to claim 1, wherein the repeating unit having the silazane bond is represented by the following formula (I).
Figure 2010250118
Wherein R 1 to R 3 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a C 1-6 saturated hydrocarbon group, and a silazane group having a C 1-6 saturated hydrocarbon group. Group.)
前記レジストパターンが、フォトレジストから形成されたものであるか、またはフォトレジストから形成されたパターンをマスクとしたエッチング処理により作製されたものである、請求項1〜9項のいずれか1項に記載の微細パターン形成方法。   The resist pattern according to any one of claims 1 to 9, wherein the resist pattern is formed from a photoresist or is formed by an etching process using a pattern formed from a photoresist as a mask. The fine pattern forming method described. 基板の表面上に、凸部を有する第一の凸パターンを形成させる工程、
前記第一の凸パターン上に、塩基性化合物を含んでなる前処理組成物を塗布する前処理工程、
前記第一の凸パターン上にシラザン結合を有する繰返し単位を含んでなる樹脂を含んでなる樹脂組成物を塗布する塗布工程、
前記塗布工程後の基板を加熱して、前記凸部に隣接した部分に存在する前記樹脂組成物を硬化させる硬化工程、
前記硬化工程後の基板をリンス処理して未硬化の樹脂組成物を除去する工程、
前記凸部の上側表面に形成された硬化層を除去することにより、前記凸部の側壁に前記第一の凸パターンを構成する物質とは異種の物質からなる層を形成させる工程、および
前記凸部を除去することにより、前記の異種の物質からなる微細な第二の凸パターンを形成させる工程
を含んでなることを特徴とする微細パターンの形成方法。
Forming a first convex pattern having convex portions on the surface of the substrate;
A pretreatment step of applying a pretreatment composition comprising a basic compound on the first convex pattern;
An application step of applying a resin composition comprising a resin comprising a repeating unit having a silazane bond on the first convex pattern;
A curing step of heating the substrate after the coating step and curing the resin composition present in a portion adjacent to the convex portion;
Removing the uncured resin composition by rinsing the substrate after the curing step;
Removing the hardened layer formed on the upper surface of the convex part to form a layer made of a substance different from the substance constituting the first convex pattern on the side wall of the convex part; and A method of forming a fine pattern comprising the step of forming a fine second convex pattern made of the different kind of material by removing the portion.
基板の表面上に、凸部を有する第一の凸パターンを形成させる工程、
前記第一の凸パターン上に、塩基性化合物を含んでなる前処理組成物を塗布する工程
前記第一の凸パターン上にシラザン結合を有する繰返し単位を含んでなる樹脂を含んでなる樹脂組成物を塗布する塗布工程、
前記塗布工程後の基板を加熱して、前記凸部に隣接した部分に存在する前記樹脂組成物を硬化させる硬化工程、
前記硬化工程後の基板をリンス処理して未硬化の樹脂組成物を除去する工程、
前記凸部の上側表面に形成された硬化層を除去することにより、前記凸部の側壁に前記第一の凸パターンを構成する物質とは異種の物質からなる層を形成させる工程、
前記第一の凸パターンと同等の材質をスペース部に対して埋め込み、第一の凸パターンに対する補填パターンを形成させる工程、および
前記異種の物質からなる層を除去する事により、前記第一の凸パターンと前記第一の凸パターンに対する補填パターンとからなる、微細パターンを形成させる工程
を含んでなることを特徴とする微細パターンの形成方法。
Forming a first convex pattern having convex portions on the surface of the substrate;
A step of applying a pretreatment composition comprising a basic compound on the first convex pattern. A resin composition comprising a resin comprising a repeating unit having a silazane bond on the first convex pattern. Coating process to apply,
A curing step of heating the substrate after the coating step and curing the resin composition present in a portion adjacent to the convex portion;
Removing the uncured resin composition by rinsing the substrate after the curing step;
Removing a hardened layer formed on the upper surface of the convex part to form a layer made of a substance different from the substance constituting the first convex pattern on the side wall of the convex part;
The step of embedding a material equivalent to the first convex pattern in the space portion to form a compensation pattern for the first convex pattern, and removing the layer made of the different kind of substance, A method of forming a fine pattern comprising a step of forming a fine pattern comprising a pattern and a compensation pattern for the first convex pattern.
請求項11または12に記載の方法により形成された微細パターンをマスクとして、基板の表面を加工し、さらなる微細パターンを形成させることを含んでなることを特徴とする、微細パターンの形成方法。   A method for forming a fine pattern, comprising processing the surface of the substrate by using the fine pattern formed by the method according to claim 11 or 12 as a mask to form a further fine pattern. 前記基板が、支持体上に被加工膜が形成されたものであり、前記表面が前記被加工膜である、請求項13に記載の微細パターンの形成方法。   The method for forming a fine pattern according to claim 13, wherein the substrate has a film to be processed formed on a support, and the surface is the film to be processed. 前記基板が、支持体上に被加工膜および加工補助用中間膜が形成されたものであり、前記表面が前記加工補助用中間膜である、請求項13に記載の微細パターンの形成方法。   14. The method for forming a fine pattern according to claim 13, wherein the substrate is a substrate on which a film to be processed and an intermediate film for processing assistance are formed, and the surface is the intermediate film for processing assistance.
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