JP2012137778A - Silicon-containing composition for fine pattern formation - Google Patents

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Ralph R Dammel
ラルフ、アール.ダンメル
Wenbing Kang
カン、ウェンビン
Yasuo Shimizu
水 泰 雄 清
Tomonori Ishikawa
川 智 規 石
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition for forming a fine pattern with high dry etching resistance.SOLUTION: The composition for fine pattern formation contains: a resin containing a repeating unit having a silazane bond; and a solvent. A method for fine pattern formation using the same is also provided.

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することにより、より微細なパターンを形成させることができる、ケイ素含有微細パターン形成用組成物に関するものである。   In the manufacturing process of a semiconductor or the like, the present invention can form a finer pattern by reducing the pitch size or pattern opening size of a resist pattern that has already been formed. The present invention relates to a composition for forming a fine pattern.

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 developed in recent years is necessary, 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。
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共重合体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。さらには、AZエレクトロニックマテリアルズ社からは、AZ RELACS(登録商標)としてレジストパターン微細化組成物が販売されている。
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.
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 in the presence of an acid and a swelling accelerator to swell the surface layer portion, and a cross-linked 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 A method of thermally shrinking the resist pattern by heating to refine the 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. Furthermore, a resist pattern refinement composition is sold as AZ RELACS (registered trademark) by AZ Electronic Materials.

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、パターンのサイズが50nm以下の超微細パターンの形成には欠陥などが発生しやすいため、改良の余地があった。特に、昨今レジストの感度を高くするために、膜厚を薄くする傾向があるが、下地基板のエッチング時の最低限の膜厚が不足する場合もあった。   These methods can easily form a fine pattern that generally exceeds the resolution limit of photolithography. However, there is room for improvement in the formation of ultrafine patterns having a pattern size of 50 nm or less because defects are likely to occur. In particular, in recent years, there has been a tendency to reduce the film thickness in order to increase the sensitivity of the resist.

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

本発明は、上記のような問題点に鑑みて、非常に微細なパターンを形成させる際に、最終的に得られるパターンのドライエッチング耐性を改良することを目的とするものである。   In view of the above problems, the present invention aims to improve the dry etching resistance of a pattern finally obtained when a very fine pattern is formed.

本発明による微細パターン形成用組成物は、フォトリソグラフィー法により形成された、ピッチサイズが60nm以下のレジストパターン表面に直接塗布して、前記レジストパターンのサイズを縮小するための微細パターン形成用組成物であって、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ことを特徴とするものである。   The composition for forming a fine pattern according to the present invention is a composition for forming a fine pattern for reducing the size of the resist pattern by directly applying to a resist pattern surface having a pitch size of 60 nm or less formed by a photolithography method. The resin comprises a resin comprising a repeating unit having a silazane bond, and a solvent that dissolves the resin and does not dissolve the resist pattern.

本発明によれば、ドライエッチング耐性の高い、微細なパターンを形成させるための組成物が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the composition for forming a fine pattern with high dry etching tolerance is provided.

また、本発明による微細パターン形成用組成物は、微細化しようとするレジストパターン材料として任意のものを選択することができ、多種多様なレジストパターンに対して、ドライエッチング耐性の高い、微細化されたパターンを得ることができる。   In addition, the composition for forming a fine pattern according to the present invention can be selected as a resist pattern material to be miniaturized, and is highly miniaturized with high resistance to dry etching against a wide variety of resist patterns. Pattern can be obtained.

本発明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 this invention.

微細パターン形成用組成物
本発明によ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。
Composition for forming a fine pattern The composition for forming a fine pattern according to the present invention 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 2012137778
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 2012137778
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 2012137778
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 2012137778

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.

本発明によ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 according to 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, if the solvent dissolves the pattern when it is applied onto the resist pattern, the pattern is destroyed before the pattern is miniaturized. Therefore, the resist pattern needs not to be dissolved. Furthermore, it is preferable that the resin does not react.

本発明において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 in the present invention, 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.

本発明によ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、所望のパターン収縮量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 according to 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 pattern shrinkage amount, 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.

本発明によ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 according to the present invention may contain other additives as necessary. Such additives include surfactants, leveling agents, plasticizers and the like.

微細パターン形成方法
本発明の微細パターンの形成方法は、微細パターン形成用組成物として本発明の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 The fine pattern forming method of the present invention is a conventionally known method except that the fine pattern forming composition of the present invention is used as the fine pattern forming composition. 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。   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)〜(f)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、および不溶化層4を模式断面図として示している。   FIGS. 1A to 1F 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 insolubilized layer 4 are shown as a schematic cross section.

まず、例えば半導体基板などの被加工基板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、レジストの露光された部分は現像によりほとんど除去されているが、除去された部分の内壁部の特性は、全く露光されていない部分の特性とは異なり、溶媒に対する相溶性が高くなっている。次いで、図1(a)に示すように、このレジストパターン2を覆うように本発明による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5がレジストパターンに物理的に吸着する(図1(b))。
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(c))。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(d))。そして、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、不溶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面では樹脂とレジストとの反応が起こりやすく、不溶化層が厚く形成される。反応が終了すると、不溶化層4が形成される(図1(e))。この不溶化層は、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(f))。
First, a resist (for example, a positive chemical amplification resist) is applied on a substrate 1 to be processed such as a semiconductor substrate, and exposed and developed by a usual method to form a positive resist pattern 2. Here, the exposed portion of the resist is almost removed by development, but the properties of the inner wall portion of the removed portion are different from the properties of the portion not exposed at all, and the compatibility with the solvent is increased. Yes. Next, as shown in FIG. 1A, the composition for forming a fine pattern according to the present invention is applied so as to cover the resist pattern 2 to form a coating layer 3. By this application, the resin 5 in the composition is physically adsorbed to the resist pattern (FIG. 1B).
The resin adsorbed on the resist surface penetrates into the resist, and the resist film swells (FIG. 1C). Here, by heating the resist, the penetration of the resin and the reaction between the resin and the resist are promoted (FIG. 1D). And in the part which was not exposed, reaction with resin and a resist hardly arises, and the thickness of an insolubilized layer becomes thin. On the other hand, the reaction between the resin and the resist is likely to occur at the exposed portion or in the vicinity of the exposed portion, for example, the side surface of the resist pattern in FIG. 1, and the insolubilized layer is formed thick. When the reaction is completed, the insolubilized layer 4 is formed (FIG. 1 (e)). This insolubilized layer is a layer that is insolubilized after the resin physically adsorbed on the first resist surface penetrates not only into the resist surface but also into 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 (f)).

上記のとおり、レジストパターン2の表面のうち、主としてパターン内壁に不溶化層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, the insolubilized layer 4 is formed mainly on the inner wall of the pattern on the surface of the resist pattern 2, thereby reducing the width between the resist patterns and effectively limiting the pitch size or hole opening size of the resist pattern. It becomes possible to make it fine below.

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 that generates an acid by light irradiation and uses the catalytic action of the generated acid to form a resist pattern 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、本発明の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60〜150℃、好ましくは80〜100℃、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。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水溶性樹脂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 fine pattern forming composition of the present invention is, for example, a spin coating method, a spray coating method, or the like conventionally used when applying a radiation sensitive resin composition. An appropriate method such as a dip coating method or 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 150 ° C., preferably 80 to 100 ° C., 10 to 300 seconds, preferably about 60 to 120 seconds. It is preferably a temperature at which intermixing of the forming composition layer occurs. The film thickness of the fine pattern forming composition layer to be formed can be appropriately adjusted depending on the temperature and time of the heat treatment, the radiation-sensitive resin composition used, the water-soluble resin 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不溶化層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、不溶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, the solvent used for the rinsing process that leaves the insolubilized layer 4 formed by heating and removes the unreacted fine pattern-forming composition layer 3 is low in solubility in the insolubilized layer. 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.

本発明を諸例により説明すると以下の通りである。なお、本発明の態様はこれら例のみに限定されるものではない。   The present invention will be described below by examples. In addition, the aspect of this invention is not limited only to these examples.

参考例1 本発明による組成物の未露光レジストにおけるシュリンク確認
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、微細パターン形成用組成物を調製した。
Reference Example 1 Shrink Confirmation of Composition According to the Present Invention in Unexposed Resist 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 obtain a fine pattern. A forming composition was prepared.

一方、ArF用レジスト(AX1120P(登録商標):AZエレクトロニックマテリアルズ社製)、またはKrF用レジスト(DX5250P(登録商標):AZエレクトロニックマテリアルズ社製)をそれぞれシリコンウェハーに塗布し、露光処理を行わず、90℃で60秒間ベークしてテスト用基板を得た。   On the other hand, a resist for ArF (AX1120P (registered trademark): manufactured by AZ Electronic Materials) or a resist for KrF (DX5250P (registered trademark): manufactured by AZ Electronic Materials) is applied to a silicon wafer, and an exposure process is performed. First, a test substrate was obtained by baking at 90 ° C. for 60 seconds.

得られたテスト用基板に前記の微細パターン形成用組成物を約120nmの厚さで塗布し、さらに50、70、または90℃で、60または180秒ベークし、さらにジブチルエーテルでリンス処理を行った。微細パターン形成用組成物の塗布前と、リンス処理後とで膜厚を測定したところ、いずれにおいても膜厚の変化は認められなかった。   The fine pattern forming composition is applied to the obtained test substrate in a thickness of about 120 nm, further baked at 50, 70, or 90 ° C. for 60 or 180 seconds, and further rinsed with dibutyl ether. It was. When the film thickness was measured before the application of the composition for forming a fine pattern and after the rinse treatment, no change in the film thickness was observed.

実施例1
KrF用レジスト(DX5250P(登録商標):AZエレクトロニックマテリアルズ社製)をシリコンウェハーに塗布し、通常の手法で露光および現像処理を行い、ピッチがそれぞれ1:3および1:5であるトレンチパターンを作製した。さらにそのパターン上に参考例1で調製した微細パターン形成用組成物を塗布してから、90℃で60秒間ベークした。次いで、ベーク後のパターンをジブチルエーテルで60秒間リンス処理した後にスピン乾燥に付してパターンを得た。微細パターン形成用組成物で処理する前と後とのパターンのトレンチ幅を、測長走査型顕微鏡(critical dimension SEM S−9200、株式会社日立製作所製)を用いて測定し、またシュリンク量を算出した。得られた結果は表1に示すとおりであった。
Example 1
A resist for KrF (DX5250P (registered trademark): manufactured by AZ Electronic Materials) is applied to a silicon wafer, exposed and developed by a normal method, and trench patterns having a pitch of 1: 3 and 1: 5, respectively, are formed. Produced. Furthermore, after apply | coating the composition for fine pattern formation prepared in Reference Example 1 on the pattern, it baked at 90 degreeC for 60 second. Next, the baked pattern was rinsed with dibutyl ether for 60 seconds and then subjected to spin drying to obtain a pattern. The trench width of the pattern before and after the treatment with the fine pattern forming composition is measured using a length measurement scanning microscope (critical dimension SEM S-9200, manufactured by Hitachi, Ltd.), and the amount of shrinkage is calculated. did. The obtained results were as shown in Table 1.

Figure 2012137778
この結果より、本発明による微細パターン形成用組成物で処理することにより、トレンチ幅が16nm縮小されたことがわかった。
Figure 2012137778
From this result, it was found that the trench width was reduced by 16 nm by the treatment with the composition for forming a fine pattern according to the present invention.

実施例2
ArF用レジスト(AX1120P(登録商標):AZエレクトロニックマテリアルズ社製)をシリコンウェハーに塗布し、通常の手法で露光および現像処理を行い、トレンチパターンを作製した。さらにそのパターン上に参考例1で調製し微細パターン形成用組成物を塗布してから、90℃で60秒間ベークした。次いで、ベーク後のパターンをジブチルエーテルで60秒間リンス処理した後にスピン乾燥に付してパターンを得た。微細パターン形成用組成物で処理する前と後とのパターンのトレンチ幅を、測長走査型顕微鏡(S−9200、株式会社日立製作所製)を用いて測定し、またシュリンク量を算出した。トレンチ幅は142nmから127nmに変化し、トレンチ幅が15nm縮小されたことがわかった。
Example 2
A resist for ArF (AX1120P (registered trademark): manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) was applied to a silicon wafer, and exposure and development processing were performed by a normal method to produce a trench pattern. Furthermore, after preparing the fine pattern formation composition prepared in Reference Example 1 on the pattern, it was baked at 90 ° C. for 60 seconds. Next, the baked pattern was rinsed with dibutyl ether for 60 seconds and then subjected to spin drying to obtain a pattern. The trench widths of the pattern before and after the treatment with the fine pattern forming composition were measured using a length measurement scanning microscope (S-9200, manufactured by Hitachi, Ltd.), and the shrinkage was calculated. It was found that the trench width changed from 142 nm to 127 nm, and the trench width was reduced by 15 nm.

実施例3
実施例1で得られた微細パターン形成用組成物で処理されたパターンと、処理前のパターンとをエッチャー(株式会社アルバック製NE−5000)により、酸素プラズマに対する耐性を評価した。本発明による微細パターン形成用組成物で処理されたパターンは残膜が多く、ドライエッチング耐性が優れていることがわかった。
Example 3
The resistance to oxygen plasma was evaluated for the pattern treated with the fine pattern forming composition obtained in Example 1 and the pattern before treatment using an etcher (NE-5000 manufactured by ULVAC, Inc.). It was found that the pattern treated with the composition for forming a fine pattern according to the present invention has a large amount of remaining film and is excellent in dry etching resistance.

1 基板
2 レジスト膜
3 微細パターン形成用組成物層
4 不溶化層
5 吸着樹脂
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Resist film 3 Fine pattern forming composition layer 4 Insolubilized layer 5 Adsorption resin

Claims (5)

フォトリソグラフィー法により形成された、ピッチサイズが60nm以下のレジストパターン表面に直接塗布して、前記レジストパターンのサイズを縮小するための微細パターン形成用組成物であって、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、かつ前記レジストパターンを溶解しない溶剤とを含んでなることを特徴とする、微細パターン形成用組成物。   A composition for forming a fine pattern for reducing the size of a resist pattern, which is directly applied to a resist pattern surface having a pitch size of 60 nm or less, formed by photolithography, and having repeating units having silazane bonds A composition for forming a fine pattern, comprising: a resin comprising: a resin that dissolves the resin and does not dissolve the resist pattern. 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に記載の微細パターン形成用組成物。
Figure 2012137778
(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 composition for forming a fine pattern according to claim 1, wherein the repeating unit having the silazane bond is represented by the following formula (I).
Figure 2012137778
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.)
前記樹脂が、シラザン結合を有する繰り返し単位を2種類以上含んでなるものである、請求項1または2に記載の微細パターン形成用組成物。   The composition for forming a fine pattern according to claim 1 or 2, wherein the resin comprises two or more repeating units having a silazane bond. 前記樹脂の重量平均分子量が500〜100,000である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の微細パターン形成用組成物。   The composition for fine pattern formation of any one of Claims 1-3 whose weight average molecular weights of the said resin are 500-100,000. 前記溶剤が、エーテルおよび飽和炭化水素からなる群から選択される溶剤である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の微細パターン形成用組成物。   The composition for forming a fine pattern according to any one of claims 1 to 4, wherein the solvent is a solvent selected from the group consisting of ethers and saturated hydrocarbons.
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